Nanoselüloz

Selüloz ağaç, pamuk gibi doğadaki bitkilerde bulunan lineer yapılı bir biopolimerdir. Doğada en bol bulunan polimer çeşidi olan bu malzeme, biyolojik olarak uygunluk, düşük maliyet, düşük yoğunluk, yüksek dayanıklılık ve oldukça iyi başka mekanik özellikler göstermektedir. Mekanik ya da kimyasal işlemler aracılığıyla selüloz selüloz nanofiber (CNF) ya da selüloz nanokristal (CNC) gibi selülozdan çok daha üstün özelliklere sahip malzemelere dönüştürülebilir. Ayrıca kevlar, çelik tel gibi güçlendirici maddelerle kıyaslanacak özelliklere sahiptir [1].

Şekil 1: Nanoselüloz Fibril ve Kristalin Yapısı [1]

Selüloz nanoyapıları (CNC ve CNF) bir çok kullanım alanına sahip olabilmektedir. Bunları kısaca şöyle özetleyebiliriz:

Enerji: Selüloz nanokristaller saydam bir film yapısındadır ve güneş enerjisini elektriğe çevirebilen kompozitlerde kullanılabilmektedir. Hemen akla evlerin pencerelerinin elektrik üretebileceği fikri gelse de acele etmeyin! Bu malzemenin bir dezavantajı da suda çözünmesidir.

Kağıt, karton ve ambalaj: Nanoselüloz yapıların kağıt, karton sektöründe fiber-fiber bağlarının dayanımını arttırmak ve kağıdı güçlendirecek bir etkisi olduğu bulunmuştur [1].

Kompozit malzemeler: Nanoselüloz malzemeler özgün özellikleri ile kompozit yapılarda dolgu ya da biokompozitlerde güçlendirici olarak kullanmaya uygundur[1].

Gıda endüstrisi: Nanoselülozların emülsiyon ve süspansiyon oalrak gıdalarda kıvam arttırıcı ve stabilizatör olarak kullanılabileceği keşfedilmiştir [1]. Gerçekten de sadece %0.8 katı madde içeren nanoselüloz fibril ya da kristaller şekil Xte de görüebileceği gibi oldukça katı bir görüntü sergilemektedir.

Şekil 2: Homojenize edilmiş %0.8 katı madde içeren nanoselüloz karışımı

Sağlık ve hijyen ürünleri: Nanoselüloz malzemeler oldukça iyi absorbsiyon özellikleri göstermektedir. Bu da onları peçete, dokusuz ürünler ve günlük hijyenik ped, bebek bezi gibi ürünlere aday yapmaktadır [1]. Bu malzemenin özellikle doğal olması da konumunu güçlendirmektedir. Bilindiği üzere günümüzde günlük hijyenik ürün ve bezlerde geri dönüştürülmüş PET kullanılmaktadır.

Aydınlatma: Gelelim asıl en ilginç konuya! Nanoselüloz kristallerden üretilmiş kağıtlar istediğiniz renkte güçlü bir ışık yaymaktadırlar. Güney Kore’de yapılan bir araştırmaya göre [2] yüzeyine fosfor emdirilmiş ve gümüş nanokablolarla eşit bir elektrik akımı dağıtımı sağlanmış nanoselüloz kristal film kaplı bir kağıt, Şekil Xteki sonucu elde etmelerini sağlamış. Üstelik sadece elektrik akımının frekansıyla oynayarak ışığın rengini istediğiniz gibi ayarlamanızın da mümkün olduğunu keşfetmişler.

Şekil 3: Bioluminesans Kağıt [2]

Şekilde de görüldüğü gibi oldukça esnek bir yapıya sahip bu malzeme belki de gelecekte cep telefonu, televizyon ekranları, ev aydınlatmalarımızın ta kendisi olabilir.

Kaynaklar

[1] Börjesson M., Westman G., Crystalline Nanocellulose — Preparation, Modification, and Properties,Cellulose – Fundamental Aspects and Current Trends, 2015
[2] Park N. et al, Electroluminescent nanocellulose paper, Elsevier, 2017

Yazar : Ahmet Ergun DOĞAN

Üniversite : Yıldız Teknik Üniversitesi

Bölüm : Kimya Mühendisi (Yüksek Lisans Öğrencisi)

Dergi : Sayı 47 – Sayfa 27