Новости химической науки > Сможет ли наноцеллюлоза стать материалом для бронежилетов?

Класс биологических материалов, который можно обнаружить практически в любых растениях, в первую очередь, в деревьях – нанокристаллы целлюлозы привлекли внимание исследователей благодаря высокой прочности, небольшой плотности и эластичности.

Прочность наноцеллюлозы такова, что даже считается, что она сможет заменить арамидные волокна в бронежилетах и касках. В отличие от своего прекурсора (древесины) наноцеллюлозные материалы также еще и прозрачны, что позволяет рассматривать их в качестве перспективных материалов для создания окон, дисплеев или индивидуальных средств защиты органов зрения. Тем не менее, хотя в идеях применения наноцеллюлозы недостатка нет, реальность пока не позволяет организовать их.

Теоретически, наноцеллюлоза может стать основой для нового поколения наноматериалов. (Рисунок из Nano Letters, 2015; DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b02588)

Входящие в состав клеточных стенок древесины нанокристаллы целлюлозы являются, казалось бы, идеальными кандидатами для получения нанокомпозитных материалов, в которых наноразмерный наполнитель находится в матрице полимера. В настоящее время нанокомпозиты получают, используя такие наполнители, как оксид кремния, глину или угольную сажу, эти материалы применяют в различных областях, от автомобильных покрышек до биоматериалов. Очевидно, что наноцеллюлоза может рассматриваться как альтернатива таким наполнителям благодаря своей возобновляемости, отсутствию у нее токсических свойств, а также и тому, что наноцеллюлозу можно получать переработкой отходов целлюлозно-бумажной промышленности.

Как отмечает Синан Кетен (Sinan Keten), достаточно сложно освоить все столь интересные в теории свойства наноцеллюлозы на практике. Он добавляет, что хотя к настоящему времени и был получен целый ряд композитных материалов на основе наноцеллюлозы, их свойства значительно отличались от свойств, предсказанных теорией, причем – не в лучшую сторону.

Кетен, работающий в Северо-западном Университете США, и его коллеги сообщают о результатах исследований, которые могут сблизить сухие теоретические предсказания со свойствами наноцеллюлозных материалов, проявляемыми ими на практике – исследователи объяснили, почему в процессе получения наноцеллюлозных композитов получается так, что предсказанные свойства не соответствуют наблюдаемым. Исследователи разработали новую компьютерную программу, позволяющую объяснить, почему в экспериментах не образуется идеальный материал, а также предложить решение этих проблем, например, модифицируя свойства поверхности нанокристаллов для обеспечения большей степени водородного связывания наноцеллюлозы с полимерами.

Как было обнаружено в ходе моделирования, проблемы с композитами заключаются в том, что до настоящего времени практически ни у кого не было понимания того, как происходит взаимодействие макромолекулы полимера и частицы наполнителя.

Решение, которое предлагает Кетен, заключается не столько в изменении природы материала, сколько в изменении размеров наполнителя – кристалла наноцеллюлозы. В настоящее время исследователи планируют проверить свои теоретические выкладки с помощью экспериментов.

Источник: Nano Letters, 2015; DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b02588

метки статьи: #биохимия, #квантовая химия, #межмолекулярные взаимодействия, #новые материалы, #химия биомассы, #химия полимеров