Биоразлагаемые волокна из древесной целлюлозы оказались прочнее стали

Команда исследователей из Королевского технологического института Стокгольма стала первой, кто создал ультрапрочные волокна из древесной целлюлозы. Новый материал может быть использован в качестве биоразлагаемой замены многим веществам, используемым сегодня в промышленности, таким как пластик, стекловолокно или металл.

Уникальность материала состоит в лёгкости способа его получения: для "варки" биоразлагаемых волокон требуется вода, древесная целлюлоза и поваренная соль. Команда взяла отдельные волокна целлюлозы и разбила их на составные нити, так называемые фибриллы. Затем каждую нить вновь связали с другими, но уже не в естественной их конфигурации, а особым способом, придающим волокну прочность стального каната.

В рамках предыдущих исследований учёные успешно разделяли волокна целлюлозы на отдельные фибриллы и даже использовали их для укрепления композитных материалов. Но реконфигурация структуры волокон ранее не удавалась никому, что делает шведских материаловедов пионерами новой технологии.

"Мы извлекли фибриллы из натуральных целлюлозных волокон, а затем собрали их снова в очень прочную нить. Полученное волокно имеет диаметр 10-20 микрометров, то есть оно толщиной почти с человеческий волос", — рассказывает ведущий автор исследования Фредрик Лунделл (Fredrik Lundell).

Сборка фибрилл после смешивания с водой и хлоридом натрия осуществлялась при помощи особого устройства "фокусировки потока" (flow-focusing), похожего на экструзионную головку у 3D-принтера. Тщательная регулировка давления при подаче потока позволила создать сплошные последовательные волокна из фибрилл.

Прочность и жёсткость конечного продукта зависит не только от уровня давления при экструзии, но и от угла, при котором фибриллы соединяют в волокно. Например, если фибриллы ориентированы параллельно друг другу, материал получится жестким и негибким, а если они соединяются под углом относительно друг друга, материал окажется более эластичным и гибким.

Авторы методики утверждают, что их биоразлагаемые волокна могут заменить хлопок в текстильной промышленности или даже стать альтернативой стеклянным нитям, используемым при изготовлении стекловолокна. Новый материал более экологичный, что даёт ему неоспоримое преимущество перед аналогами.

"Наша сегодняшняя задача заключается в увеличении масштабов производственного процесса. Мы должны успевать производить волокна в промышленных масштабах и делать это значительно быстрее, чем сегодня", — заключает Лунделл в пресс-релизе.

О коммерциализации технологии речи пока не идёт, но при отсутствии видимых недостатков биоразлагаемые волокна могут стать частью повседневного производственного процесса во многих сферах промышленности. Подробно метод изготовления ультрапрочных древесных волокон изложен в статье журнала Nature Communications.