Не только бумага
Хорошо знакомая целлюлоза легко превращается в материалы нового поколения – благодаря минерализации.
Целлюлоза, один из самых распространенных природных полимеров, давно нашла применение в промышленности. Сегодня она встречается как в традиционных, так и в инновационных формах: микро- и нановолокна, нанокристаллы, ткани, бумажные плёнки, нанобумага, жидкие кристаллы и аэрогели. Разнообразие форм целлюлозы позволяет создавать на ее основе все новые материалы с необходимыми свойствами.
Химики из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) и Института химии Дальневосточного отделения Российской академии наук в статье, опубликованной в журнале «Advanced Functional Materials» рассказывают о том, как еще расширить сферу применения целлюлозы: пропитка и покрытие полимера наночастицами позволят получить биокомпозитные и бионанокомпозитные материалы нового поколения с самым широким спектром применения. Исследователи рассмотрели основные способы минерализации целлюлозы, а также характеристики, функциональность и сферы применения, полученных из целлюлозы биокомпозитов и бионанокомпозитов.
Например, при минерализации частицами кремнезема и серебра целлюлоза становится гидрофобной, то есть водонепроницаемой, и в то же время она может пропускать нефть и полимеры, «самоочищаться». Обработка наночастицами серебра делает целлюлозу антибактериальной, а также придает ей хорошо выраженную способность проводить электричество (хотя природная целлюлоза диэлектрик). Целлюлоза, минерализованная наночастицами, может защищать от ультрафиолета. Если же обработать целлюлозу кремнеземом специальным образом, то она теряет гигроскопичность, то есть перестает впитывать влагу из атмосферы, что позволяет использовать ее в качестве изолятора в электроприборах.
Словом, материал может применяться во многих сферах, включая такие, в которых использование целлюлозы вплоть до сегодняшнего дня не предполагалось. Некоторые положения проиллюстрированы примерами материалов, которые были получены в Институте химии ДВО РАН.
«В живой природе есть много примеров минерализованных тканей с превосходными характеристиками, – отмечает автор работы Ирина Постнова. – Примером могут служить ракушки моллюсков, которые обладают высокой механической прочностью, хотя состоят из хрупкого мела. Такими их делает сочетание неорганического вещества с белками. Задача ученых добиться таких же свойств путём минерализации целлюлозы. Например, добавление в её структуру наночастиц металлов позволяет получить новые биокомпозитные материалы, которые можно применять в самых разнообразных сферах производства».
Кроме того, целлюлоза – наиболее доступный возобновляемый биополимер, который становится альтернативой синтетическим полимерам, получаемым из нефти, газа и угля. Ее распространение в новых производственных сферах позволит избежать многих экологических проблем, снизить зависимость от углеводородов, а также уменьшить выброс парниковых газов.
Химики отмечают, что наиболее перспективной технологией минерализации считается золь-гель химия, когда целлюлоза погружается в водный раствор, содержащий микро и или наночастицы, переходящий в состояние геля. Эту технологию можно отнести к методам «зеленой химии»: минерализация проводится при низких температурах, без использования токсичных органических растворителей, кислот и щелочей.
По материалам ДВФУ
