Наноцеллюлоза - Nanocellulose

Наноцеллюлоза

Наноцеллюлоза - это термин, относящийся к наноструктурированной целлюлозе. Это может быть нанокристалл целлюлозы (CNC или NCC), нановолокна целлюлозы (CNF), также называемые нанофибриллированной целлюлозой (NFC), или бактериальная наноцеллюлоза , которая относится к наноструктурированной целлюлозе, продуцируемой бактериями.

CNF - это материал, состоящий из наноразмерных фибрилл целлюлозы с высоким аспектным отношением (отношением длины к ширине). Типичная ширина фибрилл составляет 5–20 нанометров с широким диапазоном длин, обычно несколько микрометров . Он псевдопластичен и проявляет тиксотропность , свойство некоторых гелей или жидкостей , которые в нормальных условиях являются густыми (вязкими), но становятся менее вязкими при встряхивании или взбалтывании. Когда силы сдвига снимаются, гель восстанавливает большую часть своего первоначального состояния. Фибриллы выделяют из любого источника, содержащего целлюлозу, включая волокна на основе древесины (волокна пульпы ), посредством гомогенизации , измельчения или микрофлюидизации под высоким давлением, высокой температурой и высокой скоростью ударного воздействия (см. Производство ниже).

Наноцеллюлозу можно также получить из природных волокон путем кислотного гидролиза, в результате чего образуются высококристаллические и жесткие наночастицы, которые короче (от 100 до 1000 нанометров), чем нанофибриллы целлюлозы (CNF), полученные путем гомогенизации, микрофлюодизации или измельчения. Полученный материал известен как нанокристалл целлюлозы (CNC).

Нанохитин по своей наноструктуре похож на наноцеллюлозу.

История и терминология

Терминология микрофибриллированная / наноцеллюлоза или (MFC) впервые была использована Turbak, Snyder и Sandberg в конце 1970-х годов в лабораториях ITT Rayonier в Уиппани, Нью-Джерси , США, для описания продукта, полученного в виде материала гелевого типа путем пропускания древесной массы через Гомогенизатор молока типа гаулина при высоких температурах и высоком давлении с последующим ударом выброса о твердую поверхность.

Терминология впервые появилась публично в начале 1980-х, когда ITT Rayonier был выдан ряд патентов и публикаций по новому составу наноцеллюлозы. В более поздних работах Херрик из Rayonier также опубликовал работу по созданию геля в форме сухого порошка. Rayonier производит очищенную целлюлозу. Rayonier дал бесплатную лицензию всем, кто хотел продолжить это новое использование целлюлозы. Rayonier, как компания, никогда не стремилась к расширению. Скорее, Turbak et al. преследовал 1) поиск новых применений для MFC / наноцеллюлозы. Они включали использование MFC в качестве загустителя и связующего в пищевых продуктах, косметике, формировании бумаги, текстильных изделиях, нетканых материалах и т. Д. И 2) оценка набухания и других методов снижения энергетических требований для производства MFC / наноцеллюлозы. После того, как ITT закрыла Rayonier Whippany Labs в 1983–84, Херрик работал над созданием сухой порошковой формы MFC в Rayonier labs в Шелтоне , Вашингтон , США.

В середине 1990-х группа Танигучи и его коллег, а затем Яно и его коллеги продолжили свою деятельность в Японии.

Производство

Nanocellulose, который также называют нановолокон целлюлозы (УТС), микрофибриллированные целлюлозы (МФЦ) или целлюлозы нанокристаллов (ЧПУ), могут быть получены из любого источника целлюлозы материала, но древесная обычно используется.

Фибриллы наноцеллюлозы могут быть изолированы от волокон на основе древесины с использованием механических методов, которые подвергают пульпу воздействию высоких сил сдвига, разрывая более крупные древесные волокна на нановолокна. Для этого можно использовать гомогенизаторы высокого давления, измельчители или микрофлюидизаторы. Гомогенизаторы используются для расслоения клеточных стенок волокон и высвобождения наноразмерных фибрилл. Этот процесс потребляет очень большое количество энергии, и значения, превышающие 30 МВтч / тонну , не являются редкостью.

Для решения этой проблемы иногда используются ферментативные / механические предварительные обработки и введение заряженных групп, например, посредством карбоксиметилирования или окисления, опосредованного ТЕМПО . Эти предварительные обработки могут снизить потребление энергии ниже 1 МВтч / тонну. «Нитроокисление» было разработано для получения нановолокон карбоксицеллюлозы непосредственно из сырой растительной биомассы. Благодаря меньшему количеству этапов обработки для извлечения наноцеллюлозы, метод нитроокисления оказался экономичным, менее химически ориентированным и эффективным методом извлечения нановолокон карбоксицеллюлозы. Было обнаружено, что функционализированные нановолокна, полученные с помощью нитроокисления, являются отличным субстратом для удаления примесей ионов тяжелых металлов, таких как свинец , кадмий и уран .

Нановискеры целлюлозы представляют собой стержневидные высококристаллические частицы (относительный индекс кристалличности более 75%) с прямоугольным поперечным сечением. Они образуются в результате кислотного гидролиза нативных целлюлозных волокон, обычно с использованием серной или соляной кислоты. Аморфные участки природной целлюлозы гидролизуются, и после тщательного выбора времени кристаллические участки могут быть извлечены из раствора кислоты центрифугированием и промывкой. Их размеры зависят от исходного материала нативной целлюлозы, а также от времени и температуры гидролиза.

Сферические формы карбоксицеллюлоза наночастицы , полученные с помощью азотной кислоты - фосфорной кислоты лечения стабильны в дисперсии в его не-ионной форме. В апреле 2013 года на конференции Американского химического общества было объявлено о прорыве в производстве наноцеллюлозы.

Был продемонстрирован химико-механический процесс производства наноцеллюлозы из хлопкового линта с производительностью 10 кг в день.

Структура и свойства

АСМ-изображение карбоксиметилированной наноцеллюлозы, адсорбированной на поверхности диоксида кремния, в высоту. Площадь сканированной поверхности составляет 1 мкм ² .

Размеры и кристалличность

Ультраструктура наноцеллюлозы, полученной из различных источников, широко изучена. Такие методы, как просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ), сканирующая электронная микроскопия (СЭМ), атомно-силовая микроскопия (АСМ), широкоугольное рассеяние рентгеновских лучей (WAXS), дифракция рентгеновских лучей с малым углом падения и магия кросс-поляризации твердого тела ¹³ C угловое вращение (CP / MAS), ядерный магнитный резонанс (ЯМР) и спектроскопия были использованы для характеристики морфологии типично высушенной наноцеллюлозы.

Комбинация микроскопических методов с анализом изображений может предоставить информацию о ширине фибрилл, определить длину фибрилл труднее из-за запутывания и трудностей в идентификации обоих концов отдельных нанофибрилл. Кроме того, суспензии наноцеллюлозы могут быть неоднородными и могут состоять из различных структурных компонентов, включая нанофибриллы целлюлозы и пучки нанофибрилл.

При исследовании предварительно обработанных ферментами фибрилл наноцеллюлозы в суспензии размер и распределение по размерам были установлены с помощью крио-ПЭМ. Было обнаружено, что фибриллы являются довольно монодисперсными, в основном диаметром ок. 5 нм, хотя иногда присутствовали более толстые пучки фибрилл. Комбинируя обработку ультразвуком с «предварительной обработкой окислением», микрофибриллы целлюлозы с поперечным размером менее 1 нм были обнаружены с помощью АСМ. Нижний предел толщины составляет около 0,4 нм, что связано с толщиной однослойного листа целлюлозы.

Агрегатную ширину можно определить с помощью CP / MAS ЯМР, разработанного Innventia AB , Швеция, который также продемонстрировал свою эффективность для наноцеллюлозы (ферментативная предварительная обработка). Средняя ширина 17 нм была измерена методом ЯМР, что хорошо согласуется с SEM и TEM. При использовании ПЭМ для наноцеллюлозы из карбоксиметилированной целлюлозы были получены значения 15 нм. Однако можно обнаружить и более тонкие фибриллы. Wågberg et al. сообщили о ширине фибрилл 5-15 нм для наноцеллюлозы с плотностью заряда около 0,5 мэкв. / г. Группа Isogai сообщила о ширине фибрилл 3-5 нм для TEMPO-окисленной целлюлозы, имеющей плотность заряда 1,5 мэкв. / Г.

Химический состав пульпы оказывает значительное влияние на микроструктуру наноцеллюлозы. Карбоксиметилирование увеличивает количество заряженных групп на поверхности фибрилл, облегчая высвобождение фибрилл и приводя к меньшей и более однородной ширине фибрилл (5-15 нм) по сравнению с предварительно обработанной ферментативно наноцеллюлозой, где ширина фибрилл составляла 10-30 нм. . Степень кристалличности и кристаллическая структура наноцеллюлозы. Наноцеллюлоза демонстрирует организацию кристаллов целлюлозы I, и степень кристалличности не изменяется при получении наноцеллюлозы. Типичные значения степени кристалличности составляли около 63%.

Вязкость

Исследована реология дисперсий наноцеллюлозы. и показали, что модуль накопления и потерь не зависит от угловой частоты при всех концентрациях наноцеллюлозы от 0,125% до 5,9%. Значения модуля упругости особенно высоки (104 Па при концентрации 3%) по сравнению с результатами для нановискеров целлюлозы (102 Па при концентрации 3%). Существует также сильная зависимость от концентрации, поскольку накопительный модуль увеличивается на 5 порядков, если концентрация увеличивается с 0,125% до 5,9%. Гели наноцеллюлозы также сильно разжижаются при сдвиге (вязкость теряется при приложении сил сдвига). Разжижение при сдвиге особенно полезно в ряде различных покрытий.

Механические свойства

Кристаллическая целлюлоза имеет жесткость около 140–220 ГПа, что сравнимо с жесткостью кевлара и лучше, чем у стекловолокна, оба из которых используются в коммерческих целях для усиления пластмасс. Пленки из наноцеллюлозы обладают высокой прочностью (более 200 МПа ), высокой жесткостью (около 20 ГПа ), но не обладают высокой деформацией (12%). Его соотношение прочности и веса в 8 раз больше, чем у нержавеющей стали. Волокна из наноцеллюлозы обладают высокой прочностью (до 1,57 ГПа) и жесткостью (до 86 ГПа).

Барьерные свойства

В полукристаллических полимерах кристаллические области считаются газонепроницаемыми. Из-за относительно высокой кристалличности в сочетании со способностью нановолокон образовывать плотную сеть, удерживаемую вместе прочными межфибриллярными связями (высокая плотность когезионной энергии), было высказано предположение, что наноцеллюлоза может действовать как барьерный материал. Хотя количество заявленных значений проницаемости для кислорода ограничено, отчеты приписывают пленкам наноцеллюлозы высокие свойства кислородного барьера. В одном исследовании сообщается о кислородной проницаемости 0,0006 (см ³ мкм) / (м ² день кПа) для ок. Тонкая пленка наноцеллюлозы 5 мкм при 23 ° C и 0% относительной влажности. В аналогичном исследовании сообщалось о более чем 700-кратном снижении кислородной проницаемости полилактидной (PLA) пленки, когда на поверхность PLA был добавлен слой наноцеллюлозы.

Исследовано влияние плотности и пористости пленки наноцеллюлозы на проницаемость пленки для кислорода. Некоторые авторы сообщают о значительной пористости пленок наноцеллюлозы, что, по-видимому, противоречит свойствам высокого кислородного барьера, тогда как Aulin et al. измерили плотность пленки наноцеллюлозы, близкую к плотности кристаллической целлюлозы (кристаллическая структура целлюлозы Iß, 1,63 г / см ³ ), что указывает на очень плотную пленку с пористостью, близкой к нулю.

Изменение функциональности поверхности наночастиц целлюлозы также может влиять на проницаемость пленок наноцеллюлозы. Пленки, состоящие из отрицательно заряженных нановискеров целлюлозы, могут эффективно снижать проникновение отрицательно заряженных ионов, оставляя нейтральные ионы практически незатронутыми. Обнаружено, что в мембране накапливаются положительно заряженные ионы.

Многопараметрический поверхностный плазмонный резонанс - один из методов исследования барьерных свойств натуральной, модифицированной или покрытой наноцеллюлозы. Качество различных противообрастающих составов, влаги, растворителей и противомикробных барьеров можно измерить в наномасштабе. Кинетику адсорбции, а также степень набухания можно измерить в режиме реального времени без использования этикеток.

Жидкие кристаллы, коллоидные стекла и гидрогели

Благодаря своей анизотропной форме и поверхностному заряду наноцеллюлозы (в основном жесткие ЧПУ) имеют высокий исключенный объем и самоорганизуются в холестерические жидкие кристаллы сверх критической объемной доли. Жидкие кристаллы наноцеллюлозы являются левыми из-за правого поворота на уровне частиц. Поведение фазы наноцеллюлозы подвержено экранированию ионного заряда . Увеличение ионной силы вызывает задержку дисперсий наноцеллюлозы в привлекательных стеклах. При дальнейшем увеличении ионной силы наноцеллюлозы объединяются в гидрогели .

Пены и аэрогели наливные

Наноцеллюлозу также можно использовать для изготовления аэрогелей / пен, как гомогенных, так и композитных. Пены на основе наноцеллюлозы изучаются для применения в упаковке, чтобы заменить пенопласт на основе полистирола . Сваган и др. показали, что наноцеллюлоза обладает способностью укреплять крахмальные пены с помощью метода сублимационной сушки. Преимущество использования наноцеллюлозы вместо волокон целлюлозы на основе древесины состоит в том, что нанофибриллы могут укреплять тонкие ячейки в крахмальной пене. Кроме того, можно приготовить аэрогели из чистой наноцеллюлозы, применяя различные методы сублимационной сушки и сверхкритического CO.
₂техники сушки. В качестве пористых шаблонов можно использовать аэрогели и пены. Прочные пены со сверхвысокой пористостью, полученные из суспензий нанофибрилл целлюлозы I, были исследованы Sehaqui et al. широкий диапазон механических свойств, включая сжатие, был получен за счет регулирования плотности и взаимодействия нанофибрилл в пеноматериалах. Нановискеры целлюлозы также могут быть превращены в гель в воде при обработке ультразвуком малой мощности, что дает аэрогели с наибольшей зарегистрированной площадью поверхности (> 600 м2 / г) и наименьшей усадкой при сушке (6,5%) аэрогелей целлюлозы. В другом исследовании Aulin et al. Было продемонстрировано образование структурированных пористых аэрогелей наноцеллюлозы путем сублимационной сушки. Плотность и текстуру поверхности аэрогелей регулировали путем выбора концентрации дисперсий наноцеллюлозы перед сушкой вымораживанием. Химическое осаждение из паровой фазы фторированного силана использовали для равномерного покрытия аэрогеля, чтобы настроить их смачивающие свойства по отношению к неполярным жидкостям / маслам. Авторы продемонстрировали, что можно переключать смачиваемость поверхностей целлюлозы между суперсмачиванием и суперсмачиванием, используя различные масштабы шероховатости и пористости, создаваемые методом сублимационной сушки и изменением концентрации дисперсии наноцеллюлозы. Однако структурированные пористые целлюлозные пены также могут быть получены с использованием технологии сублимационной сушки целлюлозы, генерируемой штаммами бактерий Gluconobacter, которые биосинтезируют открытые пористые сети целлюлозных волокон с относительно большими количествами нанофибрилл, диспергированных внутри. Olsson et al. продемонстрировали, что эти сетки могут быть дополнительно пропитаны предшественниками гидроксида / оксида металла, которые могут быть легко преобразованы в привитые магнитные наночастицы вдоль нановолокон целлюлозы. Магнитная пена целлюлозы может позволить ряд новых применений наноцеллюлозы, и сообщалось о первых дистанционно управляемых магнитных супергубках, поглощающих 1 грамм воды в пене целлюлозного аэрогеля на 60 мг. Примечательно, что эти высокопористые пены (> 98% воздуха) могут быть спрессованы в сильные магнитные нанобумаги, которые могут найти применение в качестве функциональных мембран в различных областях применения.

Эмульсии и пены Пикеринга

Наноцеллюлозы могут стабилизировать эмульсии и пены с помощью механизма Пикеринга, то есть они адсорбируются на границе раздела масло-вода или воздух-вода и предотвращают их энергетически неблагоприятный контакт. Наноцеллюлозы образуют эмульсии типа масло-в-воде с размером капель в диапазоне 4-10 мкм, которые стабильны в течение месяцев и могут противостоять высоким температурам и изменениям pH. Наноцеллюлозы уменьшают натяжение границы раздела нефть-вода, а их поверхностный заряд вызывает электростатическое отталкивание внутри капель эмульсии. При скрининге заряда, вызванного солью, капли агрегируют, но не подвергаются слипанию , что указывает на сильную стерическую стабилизацию. Капли эмульсии остаются стабильными даже в желудке человека, что делает эмульсии, стабилизированные наноцеллюлозой, интересной системой пероральной доставки липофильных лекарств. В отличие от эмульсий, нативные наноцеллюлозы обычно не подходят для стабилизации пен по Пикерингу, что объясняется их в первую очередь гидрофильными поверхностными свойствами, что приводит к неблагоприятному углу смачивания ниже 90 ° (они предпочтительно смачиваются водной фазой). Используя гидрофобные модификации поверхности или прививку полимера, можно увеличить гидрофобность поверхности и угол смачивания наноцеллюлоз, что позволяет также стабилизировать пену по Пикерингу. Путем дальнейшего увеличения гидрофобности поверхности могут быть получены обратные эмульсии вода-в-масле, что означает угол смачивания более 90 °. Далее было продемонстрировано, что наноцеллюлозы могут стабилизировать эмульсии вода-в-воде в присутствии двух несовместимых водорастворимых полимеров.

Пластина из целлюлозного нановолокна (CNFP)

Подход снизу вверх можно использовать для создания объемного материала с высокими эксплуатационными характеристиками с низкой плотностью, высокой прочностью и ударной вязкостью, а также с высокой термической стабильностью размеров. Гидрогель из нановолокон целлюлозы создается путем биосинтеза. Затем гидрогели можно обработать раствором полимера или модифицировать поверхность, а затем подвергнуть горячему прессованию при 80 ° C. В результате получается сыпучий материал с отличной обрабатываемостью. «Ультратонкая сетчатая структура из нановолокон в CNFP приводит к более обширным водородным связям, высокой ориентации в плоскости и« трехсторонним точкам ветвления »сетей микрофибрилл». Эта структура придает CNFP высокую прочность, распределяя напряжение и добавляя барьеры для образования и распространения трещин. Слабым звеном в этой структуре является связь между спрессованными слоями, которая может привести к расслоению. Чтобы уменьшить расслоение, гидрогель можно обработать кремниевой кислотой, которая создает прочные ковалентные поперечные связи между слоями во время горячего прессования.

Модификация поверхности

Модификации поверхности наноцеллюлозы в настоящее время уделяется большое внимание. Наноцеллюлоза показывает высокую концентрацию гидроксильных групп на поверхности, которые могут вступать в реакцию. Однако водородная связь сильно влияет на реакционную способность поверхностных гидроксильных групп. Кроме того, перед модификацией поверхности необходимо удалить примеси на поверхности наноцеллюлозы, такие как фрагменты глюкозидов и лигнина, чтобы получить приемлемую воспроизводимость между различными партиями.

Аспекты безопасности

Обработка наноцеллюлозы не вызывает значительного воздействия на мелкие частицы во время измельчения трением или распылительной сушки. Никаких доказательств воспалительных эффектов или цитотоксичности в отношении макрофагов мыши или человека после воздействия наноцеллюлозы не наблюдается. Результаты исследований токсичности предполагают, что наноцеллюлоза не цитотоксична и не оказывает никакого воздействия на воспалительную систему в макрофагах. Кроме того, наноцеллюлоза не очень токсична для Vibrio fischeri в экологически значимых концентрациях.

Возможные приложения

Нанокристаллы целлюлозы самоорганизуются в био радужные блестки .

Свойства наноцеллюлозы (например, механические свойства, пленкообразующие свойства, вязкость и т. Д.) Делают ее интересным материалом для многих приложений.

График переработки наноцеллюлозы

Электроника на основе GaAs на наноцеллюлозной подложке

Бумага и картон

Гибкий солнечный элемент на подложке из наноцеллюлозы

Ожидается, что в области производства бумаги и картона наноцеллюлозы улучшат прочность связи волокна с волокном и, следовательно, окажут сильное армирующее действие на бумажные материалы. Наноцеллюлоза может быть полезна в качестве барьера для жиронепроницаемой бумаги и в качестве добавки для мокрой части для улучшения удерживания, прочности в сухом и влажном состоянии в бумажных и картонных изделиях товарного типа. Было показано, что нанесение CNF в качестве материала покрытия на поверхность бумаги и картона улучшает барьерные свойства, особенно сопротивление воздуху и маслостойкость. Он также улучшает структурные свойства картона (более гладкая поверхность). Очень высокая вязкость суспензий MFC / CNF при низком содержании твердых веществ ограничивает тип технологий нанесения покрытия, которые можно использовать для нанесения этих суспензий на бумагу / картон. Некоторые из способов нанесения покрытия, используемых для нанесения покрытия MFC на бумагу / картон, включают нанесение покрытия стержнем, клеильный пресс, нанесение покрытия распылением, покрытие пеной и нанесение покрытия с помощью щелевого штампа. Также изучается возможность нанесения на мокрую поверхность минеральных пигментов и смеси MFC для улучшения барьерных, механических и печатных свойств картона.

Наноцеллюлозу можно использовать для изготовления гибкой и оптически прозрачной бумаги. Такая бумага является привлекательной основой для электронных устройств, поскольку она пригодна для вторичной переработки, совместима с биологическими объектами и легко разлагается .

Композитный

Как описано выше, свойства наноцеллюлозы делают материал интересным для армирования пластмасс. Наноцеллюлозу можно сплести в волокна, которые прочнее и жестче, чем шелк паука. Сообщалось, что наноцеллюлоза улучшает механические свойства термореактивных смол, матриц на основе крахмала , соевого белка , латекса каучука , поли (лактида) . Композиты гибридных нанофибрилл целлюлозы и глинистых минералов обладают интересными механическими, газобарьерными и огнестойкими свойствами. Композитные приложения могут использоваться в качестве покрытий и пленок, красок, пен, упаковки.

Еда

Наноцеллюлоза может использоваться в качестве низкокалорийной замены углеводных добавок, используемых в качестве загустителей, носителей вкуса и стабилизаторов суспензии в широком спектре пищевых продуктов. Он используется для производства начинок, панировочных сухарей, чипсов, вафель, супов, подливок, пудингов и т. Д. Применение в пищевых продуктах обусловлено реологическим поведением геля наноцеллюлозы.

Гигиенические и абсорбирующие изделия

Применения в этой области включают: сверхводопоглощающий материал (например, материал прокладок при недержании), наноцеллюлоза, используемая вместе с супервпитывающими полимерами, наноцеллюлоза в тканях, нетканых изделиях или абсорбирующих структурах, а также в качестве антимикробных пленок.

Эмульсия и дисперсия

Наноцеллюлоза имеет потенциальное применение в общих областях применения эмульсий и дисперсий в других областях.

Медицинская, косметическая и фармацевтическая

Было предложено использовать наноцеллюлозу в косметике и фармацевтике:

Лиофилизированные аэрогели из наноцеллюлозы, используемые в гигиенических салфетках, тампонах, подгузниках или в качестве перевязочного материала для ран.
Использование наноцеллюлозы в качестве композиционного покрытия в косметике, например, для волос, ресниц, бровей или ногтей.
Сухая твердая композиция наноцеллюлозы в форме таблеток для лечения кишечных расстройств.
Наноцеллюлозные пленки для скрининга биологических соединений и нуклеиновых кислот, кодирующих биологическое соединение.
Фильтрующая среда, частично на основе наноцеллюлозы, для переливания крови без лейкоцитов
Буккодентальный состав, содержащий наноцеллюлозу и полигидроксилированное органическое соединение.
Порошкообразная наноцеллюлоза также предлагается в качестве наполнителя в фармацевтических композициях.
Наноцеллюлоза в составе очищающего агента от фотореактивных вредных веществ
Эластичные криоструктурированные гели для потенциального биомедицинского и биотехнологического применения.
Матрица для 3D-культуры клеток

Биотехнологическая электроника и накопители энергии

Наноцеллюлоза может проложить путь к новому типу «биоэлектроники», где интерактивные материалы смешиваются с наноцеллюлозой, что позволяет создавать новые интерактивные волокна, пленки, аэрогели, гидрогели и бумагу. Например, наноцеллюлоза, смешанная с проводящими полимерами, такими как PEDOT: PSS, демонстрирует синергетические эффекты, приводящие к необычайной смешанной электронной и ионной проводимости, что важно для приложений хранения энергии . Нити, изготовленные из смеси наноцеллюлозы и углеродных нанотрубок, обладают хорошей проводимостью и механическими свойствами. Аэрогели из наноцеллюлозы, украшенные углеродными нанотрубками, могут быть сконструированы в надежные сжимаемые трехмерные суперконденсаторы . Структуры из наноцеллюлозы можно превратить в трибоэлектрические генераторы и сенсоры на основе биологических источников .

Блестки на биологической основе для моды

Нанокристаллы целлюлозы показали возможность самоорганизации в хиральные нематические структуры с радужными цветами, зависящими от угла . Таким образом, можно производить блестки на полностью биологической основе, имеющие металлический блеск и занимающие меньше места по сравнению с блестками на основе ископаемых .

Другие потенциальные приложения

Как сильно рассеивающий материал для ультрабелых покрытий.
Активировать растворение целлюлозы в разных растворителях
Продукты из регенерированной целлюлозы, такие как волокнистые пленки, производные целлюлозы
Фильтрующая добавка для табака
Металлоорганическая модифицированная наноцеллюлоза в сепараторах батарей
Армирование токопроводящих материалов
Мембраны громкоговорителей
Мембраны с высоким потоком
Компоненты компьютера
Конденсаторы
Легкий бронежилет и баллистическое стекло
Ингибиторы коррозии

Коммерческое производство

Хотя древесная наноцеллюлоза была впервые произведена в 1983 году компанией Herrick and Turbak, ее коммерческое производство отложено до 2010 года, в основном из-за высокого энергопотребления и высокой стоимости производства. Innventia AB (Швеция) открыла первый экспериментальный завод по производству наноцеллюлозы в 2010 году. Компании и исследовательские институты, активно производящие микро- и нанофибриллированную целлюлозу, включают: American Process (США), Borregaard (Норвегия), CelluComp (Великобритания), Chuetsu Pulp and Paper (Япония) , CTP / FCBA (Франция), Daicel (Япония), Dai-ichi Kyogo (Япония), Empa (Швейцария), FiberLean Technologies (Великобритания), InoFib (Франция), Nano Novin Polymer Co. (Иран), Nippon Paper (Япония) ), Norske Skog (Норвегия), Oji Paper (Япония), RISE (Швеция), SAPPI (Нидерланды), Seiko PMC (Япония), Stora Enso (Финляндия), Sugino Machine (Япония), Suzano (Бразилия), Tianjin Haojia Cellulose Co. Ltd (Китай), Университет штата Мэн (США), UPM (Финляндия), US Forest Products Lab (США), VTT (Финляндия) и Weidmann Fiber Technology (Швейцария). Компании и исследовательские институты, активно производящие нанокристаллы целлюлозы, включают: Alberta Innovates (Канада), American Process (США), Blue Goose Biorefineries (Канада), CelluForce (Канада), FPInnovations (Канада), Hangzhou Yeuha Technology Co. (Китай), Melodea ( Израиль / Швеция), Sweetwater Energy (США), Tianjin Haojia Cellulose Co. Ltd (Китай) и US Forest Products Lab (США). Компании и исследовательские институты, активно производящие целлюлозные волокна, включают: Kruger (Канада), Performance BioFilaments (Канада) и Tianjin Haojia Cellulose Co. Ltd (Китай).

Languages

In other projects