Till innehåll på sidan

Världens starkaste biomaterial

Genom att spinna fibrer av nanocellulosa, en av naturens egna byggstenar, är det möjligt att göra världens starkaste biomaterial – starkare än spindelsilke. I vår forskning försöker vi få en djupare förståelse av både materialet och processen.

Bilden visar hur nanocellulosa spinns till en tråd från ett vattenbad
Foto: Fredrik Persson

Nanocellulosa är de minsta fibrerna, så kallade fibriller, i växtcellväggen och utvinns vanligtvis ur pappersmassa. En typisk nanocellulosa-fibrill är 5 – 20 nm bred men har en längd i mikrometerskalan och styrkeegenskaperna hos varje enskild nanofibrill är exceptionella. Genom att rikta nanofibrillerna i en spinnpprocess är det möjligt att utnyttja nanofibrillens styrka på ett optimalt sätt. Resultatet är ett material med en styrka på 1,57 GPa – starkare än spindelsilke, som länge ansetts vara det starkaste biomaterialet.

Den spunna fibern kan i styrka konkurrera med kolfiber och glasfiber. De materialen har dock problemet att de är svåra att återvinna och hamnar på deponier efter materialets livslängd, medan nanocellulosa är både förnybart och nedbrytbart. Material av nanocellulosa kan därmed vara ett hållbart alternativ inom t.ex. fordonsindustrin och i medicinska implantat.

An illustration of the flow-focusing process, where flow mechanics is used to allign the nanocellulo

Metoden för att spinna de superstarka fibrerna bygger på en teknik som kallas flödesfokusering (flow-focusing). Den tekniken riktar fibrerna genom att låta nanocellulosa flöda igenom andra, vinkelräta flöden. En ändring i pH låser sedan nanofibrillerna, så de bildar en gel, och man får då en kontinuerlig fiber. Processen är helt vattenbaserad och inga mijöfarliga kemikalier eller höga temperaturer används.

Forskning pågår nu för att få ytterligare kunskap för att kunna utveckla processen, utgångsmaterialet och själva den spunna fibern. Med hjälp av synkrotrontekniker studeras hur inriktningen av nanocellulosan sker under spinningsprocessen, och andra studier undersöker fibrillernas dynamik med hjälp av specialutvecklade instrument. Ett startupbolag (CelluXtreme) har nyligen startats för att skala upp processen.

Mycket av forskningen bedrivs inom forskningscentret Wallenberg Wood Science Center .

Utvalda vetenskapliga artiklar

Cellulose Nanofibers: Elucidating the Opportunities and Challenges for Nanocellulose Spinning (Adv. Mater. 2021), Tomas Rosén, Benjamin Hsiao, Daniel Söderberg doi.org/10.1002/adma.202170219

Multiscale Control of Nanocellulose Assembly: Transferring Remarkable Nanoscale Fibril Mechanics to Macroscale Fibers (ACS Nano 201), Mittal et al doi.org/10.1021/acsnano.8b01084

Webinarie om fiberspinning

Läs mer om forskningen på nya material från skogen

treesearch.se  – Treesearch är en nationell plattform för samverkan kring forskning om material från skogen

wwsc.se   – Wallenberg Wood Science Center är Sveriges största forskningssatsning på nya material från skogen

Kontakt

Innehållsansvarig:webmaster@cbh.kth.se
Tillhör: Institutionen för fiber- och polymerteknologi
Senast ändrad: 2021-12-12