Naukowcy z Aalto University w Finlandii zaprezentowali nową metodę wytwarzania włókien tekstylnych z celulozy drzewnej. Wieloetapowy proces przekształcania mieszaniny materiału roślinnego i cieczy jonowej ma w znaczący sposób wpłynąć na globalną produkcję materiałów włókienniczych.
Naturalne włókna celulozowe pochodzące z drewna to biały, pozbawiony smaku i zapachu, nierozpuszczalny w wodzie materiał, z którego zbudowana jest tkanka roślinna. Celuloza jest jednym z najpowszechniejszych spotykanych biopolimerów w przyrodzie. Włókna bawełny to celuloza o 98% czystości, natomiast przeciętne drzewo zawiera 40-53% celulozy. Polisacharyd otrzymywany z pulpy drzewnej posiada od 300 do 1700 jednostek glukozy (C6H10O5)x połączonych wiązaniami o długości około 7 μm. W zdrewniałych częściach roślin celuloza występuje z kruchymi, bezwartościowymi w przemyśle włókienniczym substancjami (np. ligniną, hemicelulozą pektyną). Chemiczne oddzielenie niepożądanych materiałów następuje przez gotowanie w ługu sodowym (NaOH) oraz dwusiarczku węgla (CS2). W końcowym etapie materiał przetłacza się przez małe otworki dysz przędzalniczych i poddaje kwaśnej kąpieli chemicznej zawierającej H2SO4, Na2SO4 i ZnSO4. W efekcie otrzymuje się popularne włókna wiskozowe o właściwościach zbliżonych do bawełny, a w dotyku do jedwabiu. Czysta celuloza drzewna jest podstawowym materiałem przy wyrobie m.in. papieru, sztucznego jedwabiu, celuloidu i wybuchowej nitrocelulozy.
Uprawa bawełny wymaga odpowiednich warunków (m.in. sporego nawadniania) oraz dużego terenu, co ogranicza szybki wzrost produkcji bawełnianej przędzy. Z drugiej strony, fabrykacja wiskozy jest także problematyczna i kosztowna, gdyż wykorzystuje toksyczne substancje. Ług sodowy należy do najsilniejszych, żrących zasad, a dwusiarczek węgla jest związkiem trującym, działającym szkodliwie na ośrodkowy układ nerwowy. Pozyskanie włókiem z celulozy drzewnej w przeciwieństwie do przędzenia bawełny jest trudniejsze ze względu na konieczność jej oczyszczania oraz faktu nierozpuszczalności celulozy w większości roztworów.
W odpowiedzi na potrzeby rynku, fińscy naukowcy biorący udział w programie badawczym FuBio Cellulose skupili się na promowaniu i udoskonalaniu procesów przetwórczych celulozy drzewnej. Finlandia, kraj bogaty w zasoby leśne wydała do tej pory na przedsięwzięcie ponad 11 milionów euro. Nowy sposób wytwarzania wysokiej jakości włókien jest bardziej ekologiczny niż tradycyjne metody produkcji wiskozy. Polega on na zastosowaniu efektywnych rozpuszczalników w postaci cieczy jonowych, składających się wyłącznie z jonów. Opracowane przez grupę substancje o rożnych kationach i anionach cechują się dobrymi właściwościami rozpuszczania masy celulozowej. Przykładem mogą być ciecze zawierające kation imidazoliowy z różnymi podstawnikami oraz aniony mrówczanowe i octanowe. Zdaniem badaczy, innowacyjna metoda produkcji włókien IONCELL-F (z ang. cellulosic fibers from ionic liquid solution) z celulozy rozpuszczonej w roztworach jonowych stanowi doskonałą alternatywę dla wytwarzania bawełny i wiskozy.
W ramach prezentacji materiału zaprojektowano i stworzono biało-żółto-niebieski szalik z IONCELL-F. Według autorów, wysokiej jakości produkt końcowy wykazywał bardzo dobrą zdolność do odtwarzania odcieni i był zaskakująco łatwy w obróbce. Coraz większe wymagania rynku i konsumentów w zakresie tanich, trwałych, łatwych w obróbce i produkcji, lekkich dzianin mogą sprawić, że w nieodległej przyszłości olbrzymie, odnawialne źródła celulozy staną się głównym surowcem do produkcji odzieży.
Źródło:
[1] http://www.aalto.fi/en/current/news/view/2013-11-25-003/ [07.01.2014]
[2] http://chem.aalto.fi/En/current/news/view/2013-11-21/ [07.01.2014]
[3] http://fibic.fi/programs/fubio-cellulose [07.01.2014]
[4] http://fibic.fi/news/from-cellulose-to-textile-fiber-and-a-ready-product [07.01.2014]
[5] http://www.poczujchemie.amu.edu.pl/zalaczniki/str/polimery2.0.pdf [07.01.2014]
[6] http://www.przegl-pap.com.pl/Prace%20Surma%20PP1_2012.pdf [07.01.2014]
[7] Gryffindor Scarf by Bethany (Andie712b), flickr.com, CC BY 2.0