Nanowłókna z odpadów pomagają wyciszyć pomieszczenia

Łodygi roślin jednorocznych, takich jak rzepak, len i konopie, po wykorzystaniu nasion do celów leczniczych lub do produkcji olejów, są niekiedy uważane za kłopotliwe odpady. Zespół naukowców z Instytutu Biopolimerów i Włókien Chemicznych w Łodzi zajął się tymi łodygami i postanowił wykorzystać je do produkcji nanowłókien celulozowych. Opracowano oryginalną metodę ich wytwarzania, składającą się z kilku etapów.

Najpierw trzeba wyodrębnić celulozę z łodyg roślin. Chodzi o to, aby skutecznie, w sposób przyjazny dla środowiska naturalnego, zużywając możliwie jak najmniej energii, oddzielić znajdujące się w łodygach włókna celulozowe od materiałów niecelulozowych, takich jak ligniny, hemicelulozy i pektyny. Co więcej, proces należy przeprowadzić tak, aby był jak najbardziej wydajny, a więc żeby celuloza podczas jego trwania nie ulegała degradacji. To udało się osiągnąć, i to w stosunkowo łagodnych warunkach - przy zastosowaniu tlenu zamiast związków chloru.

Następnym etapem jest przekształcanie otrzymanej masy celulozowej w nanowłókna. To niezwykle ważne, bo właśnie nanowłókna znajdują liczne zastosowania w praktyce, m. in. do produkcji materiałów kompozytowych o własnościach, jakich nie posiadają materiały tradycyjne. Nanowłóknami specjaliści nazywają takie włókna, których średnica nie przekracza stu nanometrów, a więc milionowych części milimetra.

Im dłuższe nanowłókno, a mówiąc ściślej - im większy jest stosunek długości nanowłókna do średnicy jego przekroju poprzecznego, tym to włókno jest lepsze. Przyjmuje się, że w nanowłóknach stosowanych do wytwarzania kompozytów stosunek ten nie powinien być mniejszy od 100.

Pozyskiwanie nanowłókien z masy celulozowej wymaga naruszenia licznych wiązań wodorowych łączących makrocząsteczki celulozy. W celu rozerwania tych wiązań naukowcy z IBWCh zastosowali enzymy z grupy celulaz. Na skutek ich działania znacznie łatwiejsze staje się rozdrobnienie masy celulozowej za pomocą obróbki mechanicznej i otrzymanie z niej nanowłókien.

Bez wcześniejszego zastosowania enzymów, mechaniczne rozdrabnianie celulozy trwałoby znacznie dłużej i wymagałoby zużycia dużo większej ilości energii. Zaletą poprzedzającego obróbkę mechaniczną stosowania enzymów jest też możliwość otrzymywania nanowłókien o większym stosunku długości do średnicy przekroju poprzecznego, a więc trwalszych i wytrzymalszych.

Opisane tu badania prowadzone były w ramach projektu o nazwie "Zastosowanie biomasy do wytwarzania polime-rowych materiałów przyjaznych środowisku", dofinansowanego z unijnego Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka. To część projektu, która polegała na otrzymaniu nanowłókien celulozowych, wykonywał zespół z IBWCh w składzie: mgr inż. Justyna Wietecha, dr inż. Ewa Kopania i mgr inż. Janusz Kazimierczak, pod kierunkiem dr hab. inż. Danuty Ciechańskiej. Naukowcy ci ściśle współpracowali ze swymi partnerami z trzech wydziałów Politechniki Łódzkiej: Biotechnologii i Nauk o Żywności, Chemicznego oraz Technologii Materiałowych i Wzornictwa Tekstyliów.

CZYTAJ DALEJ NA NASTĘPNEJ STRONIE

Efektem ich pracy jest zgłoszenie patentowe z ubiegłego roku, zatytułowane "Sposób wytwarzania nanowłókien celulozowych z łodyg roślin jednorocznych".

W ramach tego projektu prowadzone były też - we współpracy z kierowanym przez prof. Izabellę Krucińską zespołem z Politechniki Łódzkiej - badania nad wykorzystaniem uzyskanych nanowłókien do produkcji kompozytu na maty dźwiękochłonne stosowane do wyciszania pomieszczeń. Okazało się, że nanowłókna otrzymane według opracowanej w IBWCh technologii znakomicie poprawiają dźwiękochłonność kompozytów.

Zaowocowało to zgłoszeniem patentowym o nazwie "Dźwiękochłonny kompo-zyt na osnowie termoplastycznej oraz sposób wytwarzania tego kompozytu". Za ten wynalazek zespół otrzymał złoty medal na Międzynarodowych Targach Innowacji w Kuala Lumpur, dyplom Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego i honorową statuetkę "Łódzkie Eureka".