Cellulose-Nanofasern lassen sich daher als stabile und
äusserst reaktive, zudem biologisch erzeugte und abbaubare
Ausgangsstoffe für einen technischen Einsatz nutzen, etwa zum
Verstärken von (Bio)-Polymeren als viel versprechender
umweltverträglicher Leichtbauwerkstoff im Automobilbau, aber
auch als Membran- oder Filtermaterial in Verpackungs- oder
biomedizinischen Anwendungen.
Chemische Modifizierung ist die Lösung
Die aus Zellstoff isolierte Nano-Cellulose liegt
zunächst als wässrige Suspension vor. Trocknet sie,
verhornt das Material, indem die Cellulosefasern miteinander
«verkleben» – und verliert seine herausragenden
mechanischen Eigenschaften. Daher wollten die Empa-Forschenden ein
Verfahren entwickeln, mit dem sich Nano-Cellulose trocknen
lässt, ohne dass sie verklumpt und verhornt. Die Cellulose
wurde dafür mit einer industriell leicht umsetzbaren und
selbst für Lebensmittelanwendungen unbedenklichen Methode
chemisch modifiziert; dies verhindert, dass sich die
Cellulosefibrillen aneinander lagern und miteinander
verkleben.
Das Resultat kann sich sehen lassen: Das getrocknete
Nano-Cellulosepulver glänzte nach der Redispergierung in
Wasser mit den gleichen Eigenschaften wie nicht modifizierte
Cellulose, die vorher nicht getrocknet wurde. Damit ist das
Nano-Cellulosepulver für die Synthese von
Bio-Nanokompositmaterialien eine attraktive Alternative zu
konventionellen Cellulose-Suspensionen. Diese bestehen zu über
90 Prozent aus Wasser – was die Transportkosten explodieren
lässt und die Gefahr eines Abbaus durch Bakterien oder Pilze
erhöht. Zudem sind wässrige Cellulose-Suspensionen
aufwändig zu verarbeiten, da im Verlauf von chemischen
Prozessen meist die Lösemittel ausgetauscht werden
müssen.
Empa-Forschungspreis 2011 an Christian Eyholzer
Die Arbeiten zum neuen Herstellungsverfahren und zu
Anwendungen der Nano-Cellulose in unterschiedlichen Biopolymeren
wurden vor kurzem mit dem Empa-Forschungspreis 2011 ausgezeichnet.
In einer Zusammenarbeit mit der schwedischen «Luleå
University of Technology» verstärkten der Empa-Forscher
und Doktorand Christian Eyholzer und seine KollegInnen Klebstoffe,
Hydrogele und biologisch abbaubare Kunststoffe mit dem neuartigen
Nano-Cellulosepulver. Nach Abschluss seiner Dissertation hat
Eyholzer die Empa verlassen und arbeitet derzeit bei der Sika als
Projektleiter in der Produktentwicklung.
Text: Nina Baiker
|