Наночастицы лигнина: устойчивый рецепт сочетания целлюлозы с гидрофобными полимерами

Исследователи из Университета Аалто разработали устойчивый метод создания прочных и гибких целлюлозных плёнок, которые сохраняют прочность даже во влажном состоянии.

Материал создан путём инновационного сочетания древесных и биоразлагаемых полимеров без химической модификации. Это позволяет максимально использовать преимущества каждого компонента.

Целлюлозные материалы — привлекательная и устойчивая альтернатива традиционным пластикам. Однако их широкому применению мешают чувствительность к влаге и несовместимость с гидрофобными полимерами, такими как поликапролактон (PCL).

Решение: наночастицы лигнина в качестве посредника

Команда показала, что наночастицы лигнина с их активной поверхностью могут взаимодействовать как с целлюлозными нановолокнами (CNF), так и с PCL, выступая компатибилизатором между гидрофильной целлюлозой и гидрофобным полимером.

Процесс создания материала:

1. PCL в органическом растворителе смешивают с водной суспензией наночастиц лигнина.
2. Частицы лигнина собираются на границе раздела фаз, стабилизируя эмульсию типа Пикеринга.
3. Эту эмульсию смешивают с водной суспензией CNF перед формованием плёнки.

Результаты:

• Стратегия Пикеринга создаёт равномерное распределение полимера в целлюлозной сети.
• Прочность во влажном состоянии композита достигает 87 МПа — рекордное значение для целлюлозных композитов без ковалентной модификации или синтетических добавок.
• Материал сохраняет вид и свойства даже после полного погружения в воду на сутки.
• Полимер с помощью частиц лигнина покрывает поверхность целлюлозы, защищая её от воды.
• Композит также приобретает дополнительные функции: УФ-защиту и антиоксидантные свойства.

Значение и перспективы:

Исследование открывает новые возможности, устраняя необходимость химической модификации целлюлозы. Оно закладывает основу для сочетания гидрофильной целлюлозы с различными гидрофобными полимерами с использованием только биоразлагаемых компонентов.

Как отмечают авторы, понимание химии поверхности компонентов древесины — ключ к максимально устойчивому использованию этого ценного ресурса. В дальнейшем команда планирует оценить экологическую и экономическую устойчивость технологии.

Исследование опубликовано в Advanced Materials Interfaces 25 августа.