Naturens armeringsfiber
Har du noen gang lurte på hva som gjør at trær kan gro flere meter høye uten å kollapse under sin egen vekt? Hemmeligheten er "nanocellulose" - en knøttliten robust tråd - som plantecellene spinner sammen rundt seg selv for å lage trefibre. Disse trådene kalles for nanofibriller og har diameter på 2-3 nanometer - litt avhengig av hva slags plante som har produsert de. Nanofibrillene spinnes sammen til større bunter, noen ganger omtalt som mikrofibriller, og disse buntene spinnes igjen sammen for å lage fibre. Sammen med lignin og hemicellulose, så utgjør dette trefiberens struktur.
Nanocellulose er en naturlig del av alle planter og som omgir oss hele tiden. Spiser du en grønnsak eller frukt, får du i deg nanocellulose. Bor du i ett tømmerhus eller har ett trebord i stua di, så er du daglig i kontakt med nanocellulose. har du på deg tøy av bomull, da er du kledd i nanocellulose. Altså er ikke dette noe nytt for mennesker å være i kontakt med, men forskere og industri har i senere år jobbet med å utnytte egenskapene til materialet i nye applikasjonsområder.
Produksjon av nanocellulose
Det er flere metoder man kan utvinne nanocellulose på, men de kan forenklet summeres opp slik:
- Mikrofibrillert cellullose (MFC) / Cellulose Nanofibriller (CNF): Fibre blir utsatt for mekaniske krefter som forsiktig river i stykker bindingene mellom fibrillbuntene. Mikro- og/eller nanofibriller blir frilagt etterhvert som fibrene brytes ned.
- Krystallinsk nanocellulose (CNC): En kombinasjon av kraftig syre og mekaniske krefter brukes på fibre, slik at alt som ikke er robuste cellulosekrystaller blir brutt ned. Syren skylles bort, og man frilegger krystallene ved ultrasonisk vibrering.
- Bakteriell nanocellulose (BC): Noen konkrete bakterietyper kan fores med sukker i en reaktor, og bakteriene vil gro nanocellulose-strukturer. Matretten nata de coco er en form av BC.
- Elektrospunnet nanocellulose (ES-NC): Cellulose polymerer blandes i en cocktail med flyktige løsemidler, og fylles i en sprøyte med tynn spiss som henger over en ladet plate. Det elektriske feltet vil til slutt tvinge polymer-miksen ut av sprøytespissen, og da formes en tråd med ES-NC i det de flyktige løsemidlene fordamper.
Hvorfor nanocellulose?
De små fibrillene er veldig sterke og robuste. Slitstyrken er bedre enn stål, fibrillene kan håndtere pH mellom 1-13, og de er vil først degradere over 210 varmegrader - og kan heller ikke smelte. Altså er nanocellulose en ypperlig kandidat til å forsterke andre materialer. I tillegg kommer nettverkseffekten!
For i væskefase vil fibrillene spontant orientere seg etter hverandre og danne et fleksibelt nettverk. Dette nettet vil støtte opp strukturen i væsken og gjøre den tykkere - mer viskøs. Andre partikler vil fanges i nettet, og dermed ikke sedimentere eller agglomere. Når man starter å røre om i væsken, vil de lette fibrillene orientere seg etter strømmen som oppstår - og viskositeten faller. Slutter man å røre om, vil væske bli tykk igjen når nettverket dannes på ny. Dette betyr at væsker som tilsettes nanocellulose blir tiksotrope.Trådene i nettet vil danne bånd når væsken fordamper, som vil føre til enda bedre forsterkning.
Disse egenskapene er interessante for produkter som trenger høy styrke, f.eks. papir, kompositter, sement, og for systemer som trenger visse flytegenskaper, f.eks. spraybar maling, lim, såpe.
Norsk produksjon
I Norge produseres MFC / CNF ved to fabrikker.
Borregaard markedsfører sin variant som Exilva, og Norske Skog Saugbrugs' heter CEBINA.