Selluloosa venyy moneksi

16.5.2018/Text: Ville Hynninen

Ville Hynninen

Mielikuvissa selluloosa on usein yhtä kuin puu ja paperi. Selluloosasta voidaan kuitenkin valmistaa lukuisia erilaisia materiaaleja, joilla on vaihtelevia ja mielenkiintoisia ominaisuuksia, joita harvemmin tulee ajatelleeksi. Tulevaisuudessa selluloosapohjaiset materiaalit voivat korvata monia öljypohjaisia synteettisiä materiaaleja ja tuotteita hyvinkin edistyneissä käyttökohteissa.

Pystymetsästä presidentinlinnaan

Selluloosa on maapallon yleisin polymeeri, jota puiden ja kasvien lisäksi tuottavat esimerkiksi tietyt bakteerilajit. Monipuolisuutensa, uusiutuvuutensa ja myrkyttömyytensä vuoksi se on houkutteleva raaka-aine tulevaisuuden materiaalien valmistamiseksi. Metsäisessä Suomessa selluloosaa on tyypillisesti hyödynnetty runsaasti paperin valmistuksessa, mutta viimeistään viime itsenäisyyspäivänä myös uudenlaiset selluloosamateriaalit hyppäsivät näyttävästi koko kansan tietoisuuteen Jenni Haukion koivuperäisestä selluloosakuidusta valmistetun iltapuvun myötä. Selluloosassa on siis todistetusti paljon potentiaalia edustus- ja salonkikelpoiseksi materiaaliksi.

Jotta tulevaisuudessa yhä edistyneempiä selluloosamateriaaleja voidaan valmistaa, tarvitaan tarkkaa tietoa selluloosan erilaisten alayksiköiden ja komponenttien vuorovaikutuksista ja pakkautumisesta sekä niiden muokkaamisesta. Oma tutkimustyöni lähestyy näitä ongelmia keskittymällä nanoselluloosapohjaisten komposiittimateriaalien kehittämiseen ja niiden rakenteen analysoimiseen.

Rakenne ratkaisee

Tutkimustyössäni yhdistän selluloosaperäisiä kovia nanopartikkeleita joustaviin selluloosapolymeereihin, jolloin sekoitussuhteesta ja –menetelmästä riippuen voidaan valmistaa seoksia, jotka olomuodoltaan vaihtelevat juoksevan nesteen, joustavan geelin tai kiinteän rakenteen välillä. Sopivassa olomuodossa komposiitit pystyvät myös reagoimaan esimerkiksi ympäristön lämpötilaan, minkä seurauksena niiden sisäistä rakennetta, mekaanista lujuutta ja optisia ominaisuuksia voidaan säädellä. Kaikki tämä on riippuvaista siitä, kuinka ja millaisin vuorovaikutuksin materiaalien sisäinen rakenne järjestäytynyt.

Aikaisemman tiedon perusteella käyttämäni materiaalit voivat pakkautua nestekidemäiseen muotoon, joka osittain muistuttaa hämähäkinseitin rakennetta. Luonnon erittäin kestävät materiaalit sisältävät usein vastaavanlaisia nestekiteisiä rakenteita, mistä kertoo myös hämähäkinseitin terästä suurempi suhteellinen kestävyys. Tästä yhteensattumasta johtuen päädyin valmistamaan selluloosakuituja myös omista nanoselluloosakomposiiteistani. Valitettavasti hämähäkinseitin lujuus jäi kuitenkin saavuttamatta eikä rouva Haukion iltapuvun Ioncell-kuitujen käytettävyyteen pystytty vastaamaan, mutta valmistamani kuidut osoittautuivat kuitenkin selluloosakuiduiksi poikkeuksellisen venyviksi ja sitkeiksi. Niiden sisäisen rakenteen ja ominaisuuksien välistä suhdetta selvitettiin myös onnistuneesti, kuten toivottua. Tällä hetkellä kuidut ovat herättäneet enemmänkin kiinnostusta ja johtaneet uuteen, hieman yllättäväänkin, yhteistyöprojektiin, jonka tuloksista voin toivottavasti kertoa lisää vielä tämän vuoden aikana.

Yllätyksiä selluloosan taholta on siis odotettavissa myös tulevaisuudessa.

 

Kirjoittaja Ville Hynninen on tohtorikoulutettava Aalto-yliopiston Teknillisen fysiikan laitoksella. Hänen tutkimuksensa keskittyy nanoselluloosamateriaaleihin ja toiminnallisiin komposiitteihin. Hän sai Tekniikan edistämissäätiöltä kannustusapurahan väitöskirjatyöhönsä keväällä 2018.

 

Uusimmat artikkelit

Performance Measurement and Management in the digital era

Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö / 8.6.2021

Performance Measurement and Management in the digital era Digital technologies have improved business operations through advanced connectivity, easy access to information, and integrated activities, which all of them create many opportunities for digital innovation. Because of the complex nature of digital technologies and the key role of digital technologies in digital innovation, managing digital innovation … Jatka artikkeliin Performance Measurement and Management in the digital era

Onko kaksiulotteisista materiaaleista ratkaisuksi tulevaisuuden mikroelektroniikan haasteisiin?

Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö / 18.5.2021

Onko kaksiulotteisista materiaaleista ratkaisuksi tulevaisuuden mikroelektroniikan haasteisiin? Mikroelektroniikan 1960-luvulta alkanut voittokulku on muokannut arkielämäämme lukuisin tavoin. Ilman mikroelektroniikkaa nykyisistä tietokoneista ja mobiililaitteista sekä internetistä ja sosiaalisesta mediasta voisimme vain haaveilla. Esimerkkinä uusista, kehitteillä olevista mikroelektroniikan sovelluksista on esineiden internet, jonka avulla voimme saada jatkuvasti yhteyden vaikka autoomme, lämpöpattereihimme, tai kotimme turvallisuutta valvoviin kameroihin – missä … Jatka artikkeliin Onko kaksiulotteisista materiaaleista ratkaisuksi tulevaisuuden mikroelektroniikan haasteisiin?

Ravinteiden talteenottoa Australian auringon alla

Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö / 22.4.2021

Ravinteiden talteenottoa Australian auringon alla Jos olet lainkaan kuin minä, rakastat ruokaa. Kuka tahansa ystävistäni todennäköisesti kertoisi sinulle, että minulla on aina nälkä eikä ole olemassa ruokalajia, josta en pitäisi. Sen takia minusta on erityisen mielenkiintoista ja palkitsevaa päästä tekemään väitöstyötäni entistä kestävämmän ruoantuotannon puolesta tehostamalla maanviljelyssä käytettyjen ravinteiden käyttöä. Kun minulle lisäksi tarjoutui mahdollisuus … Jatka artikkeliin Ravinteiden talteenottoa Australian auringon alla