Onko puu ruskeaa, sinistä, keltaista vai läpinäkyvää? Tutkijat löysivät keinon tehdä puusta läpinäkyviä ja värikkäitä pinnoitteita
Tutkijat ovat onnistuneet kehittämään puiden sisältämästä ligniinistä uudenlaisia pinnoitteita. Keksinnöllä on monia käyttömahdollisuuksia esimerkiksi huurtumisen estossa, jossa se voi korvata erittäin myrkyllisiä kemikaaleja.

Aalto-yliopiston kemian tekniikan tutkijat ovat kehittäneet tavan tehdä yhdestä puun pääraaka-aineesta, eli helposti saatavilla olevasta ligniinistä, läpinäkyvää. Mullistavan keksinnön myötä ligniiniä voidaan käyttää optisissa sovelluksissa, kuten väriä muuttavissa kalvoissa ja toisaalta esimerkiksi huurtumisenestopinnoitteissa.
Keksintö perustuu äskettäin kehitettyyn menetelmään, jossa ohuet ligniinin nanohiukkaskalvot pysyvät läpinäkyvinä lasille levitettäessä.
Ligniini on polymeeri, jota on lähes kaikkien kasvien soluseinämissä. Puut ovat 20–30-prosenttisesti ligniiniä, joka on hyvin voimakas sideaine. Ligniini on myös tunnetusti ollut vaikeasti hyödynnettävissä, muun muassa koska se on väriltään ruskeaa, ja toisaalta taas rakenteeltaan heterogeenistä.
Ligniinin teolliset sovellukset ovatkin olleet harvassa, lämmöntuotantoa lukuun ottamatta. Nyt julkaistu tutkimus osoittaa kuitenkin, että tästä vajaakäytössä olevasta materiaalista voidaan saada jopa erittäin vaativia ja korkealle kehittyneitä keksintöjä.
Silmälasien ja autonikkunoiden kondensoitumisen estämiseen käytettävät huurtumisenestoaineet sisältävät useita erittäin myrkyllisiä ainesosia, joista yksi on esimerkiksi PFAS (per- ja polyfluoratut aineet). Niillä on monenlaisia erittäin haitallisia terveysvaikutuksia sekä ihmisille, eläimille että luonnolle. Ne ovat myös pysyviä synteettisiä kemikaaleja, eivätkä ne juuri hajoa luonnossa.
Jo aiemmin on tiedetty, että ligniinin nanohiukkaset voisivat olla vaihtoehto huurtumisenestopinnoitteiksi, jos hiukkasten valonhajonta olisi tasaisempaa ja ne olisivat vähemmän peittäviä.
”Optisten pinnoitteiden on oltava läpinäkyviä, mutta tähän mennessä jopa melko ohuet ligniinihiukkaskalvot ovat olleet näkyviä. Tiesimme, että pienet hiukkaset näyttävät vähemmän sameilta, joten halusin selvittää, voisinko tehdä läpinäkyviä hiukkaskalvoja tekemällä hiukkaskoon mahdollisimman pieneksi”, kertoo väitöskirjatutkija Alexander Henn.
”Käytimme asetyloitua, eli etikkahapolla käsiteltyä ligniiniä. Saimme myös aikaan paremman menetelmän ligniinin asetyloimiseen. Muokkaus saatiin aikaan muutamassa minuutissa vain 60 °C:n lämpötilassa, ja saanto oli hyvä”, Henn jatkaa.
Mahdollisuus valmistaa myös fotonikalvoja oli yllätys
Tutkimuksessa osoitettiin lisäksi menetelmä, jolla nanopartikkelien valon hajontaa voidaan käyttää myös fotonipinnoitteina säätämällä tarkasti pinnoitteen paksuutta, ja siten valon väriä ja absorptiota eri aallonpituuksilla. Nanohiukkasten avulla voitaisiin siis valmistaa monikerroksisia kalvoja, joilla on kirkkaat rakenteelliset värit. Tätä teknologiaa voitaisiin jatkossa hyödyntää useissa sovelluksissa, kuten heijastamattomissa pinnoitteissa, sensoreissa ja jopa autoissa.
”Asetyloidusta ligniinistä valmistamillani ligniinihiukkasilla oli melko yllättäviä ominaisuuksia, mikä teki tämän tutkimuksen loppuosasta hyvin mielenkiintoisen. Mahdollisuus valmistaa esimerkiksi fotonikalvoja tuli täytenä yllätyksenä”, Henn paljastaa.
Lyhyt reaktioaika ja suuri ligniinipitoisuus tekevät asetylointiprosessista teollisesti erittäin käyttökelpoisen.
”Ligniinipohjaiset tuotteet voisivat olla kaupallisesti arvokkaita ja samalla toimia hiilinieluina. Tämä auttaisi osaltaan lieventämään nykyistä fossiiliriippuvuutta ja vähentämään hiilidioksidipäästöjä”, toteaa professori Monika Österberg.
”Tutkimuksessa esitetyt, suurta lisäarvoa tuovat sovellukset ovat erittäin tärkeitä, kun haluamme edistää ligniinin hyödyntämistä. Samalla otamme harppauksen eteenpäin siitä, että ligniiniä käytetään yksinomaan lämmönlähteenä”, Österberg jatkaa.
”Tiimityön ansiosta tästä tutkimusta tuli monipuolisempaa ja tehokkaampaa. Yhdessä professori Pekka Oinaksen ja hänen ryhmänsä kanssa pystyimme sisällyttämään siihen myös teknistaloudellisia näkökulmia”, sanoo Alexander Henn.
Tutkimus on osa Suomen Akatemian rahoittamaa FinnCERES lippulaivaohjelmaa (Competence center for materials bioeconomy). Tutkimus on julkaistu äskettäin Chemical Engineering Journal -lehdessä.
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Alexander Henn
Väitöskirjatutkija, Biotuotteiden ja biotekniikan laitos
karl.henn@aalto.fi
p. 050 309 1259
Monika Österberg
Professori, Biotuotteiden ja biotekniikan laitos
monika.osterberg@aalto.fi
Kuvat


Linkit
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Aalto-yliopisto
Missä tuntuu rakkaus? Uusi tutkimus valottaa rakkauden luonnetta aiempaa tarkemmin19.9.2023 08:46:31 EEST | Tiedote
Aalto-yliopiston tutkijat muodostivat kehokarttoja rakkauden eri lajeista. Läheisissä ihmissuhteissa koetaan voimakkaimpia rakkauden kokemuksia, mutta vahvana ilmenee myös esimerkiksi rakkaus luontoa kohtaan.
Nimitys: Professori Jyri Hämäläinen Aalto-yliopiston tutkimuksesta vastaavaksi vararehtoriksi18.9.2023 12:33:53 EEST | Tiedote
Aalto-yliopiston hallitus on nimittänyt professori Jyri Hämäläisen Aalto-yliopiston tutkimuksesta vastaavaksi vararehtoriksi 1.12.2023 alkaen viisivuotiskaudeksi. Hän seuraa tehtävässä Ossi Naukkarista, jonka kausi päättyy 31.10.2023. Tekniikan tohtori, professori Jyri Hämäläinen toimi Sähkötekniikan korkeakoulun dekaanina vuosina 2015–2023 ja varadekaanina vuosina 2014–2015. Hänet nimitettiin määräaikaiseksi professoriksi Teknilliseen korkeakouluun vuonna 2008 ja Aalto-yliopiston vakinaisen professuurin hän sai vuonna 2013. Ennen Aalto-yliopistoon tuloaan hän työskenteli Oulun yliopistossa ja teollisuudessa, muun muassa Nokia Networks -yhtiössä. Jyri Hämäläisellä on 240 tieteellistä julkaisua ja 37 patenttia tai patenttihakemusta Yhdysvalloissa. Hän on Oulun yliopiston dosentti ja Teknillisten Tieteiden Akatemian jäsen. Jyri Hämäläinen on suorittanut tohtorintutkinnot sovelletusta matematiikasta (FT) Oulun yliopistossa ja tietoliikenteen signaalin käsittelystä (TkT) Teknillisessä kork
Tutkimus: Maapallon rajat tulleet vastaan – jo kuusi yhdeksästä planetaarisesta rajasta ylitetty13.9.2023 21:00:00 EEST | Tiedote
Maapallolla on ylitetty jo kuusi ihmisten elinolosuhteiden kannalta keskeistä planetaarista rajaa, selviää kansainvälisestä tutkimuksesta. Makean veden planetaaristen rajojen tutkimusta johti Aalto-yliopiston ryhmä.
Tutkijat analysoivat globaalia muuttoliikettä aiempaa tarkemmin – ilmiö on luultua monimutkaisempi8.9.2023 10:01:00 EEST | Tiedote
Tutkimuksessa selvisi muun muassa, että sosioekonomiset syyt painoivat liikkumisen taustalla ilmastonmuutosta enemmän.
Merkittävän ERC-rahoituksen saanut tutkimus selvittää ihmisen toiminnan vaikutuksia veden kiertokulkuun maailmanlaajuisesti6.9.2023 15:45:00 EEST | Tiedote
Aalto-yliopiston tutkija Miina Porkka tutkii, kuinka ihmisen toiminta muokkaa veden kiertokulkua, ja kuinka muutokset kiertokulussa vaikuttavat elämään koko maapallolla.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme