Selluloosa venyy moneksi

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.