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EMPA: "Holz - ein Rohstoff für die Nanotechnologie?" - Empa-Team erhält Collano-Förderpreis Innovation 2003

Dübendorf (ots)

Das führende Schweizer Klebstoff-Unternehmen
Collano verlieh dem Empa-Forschungsteam anlässlich einer kleinen 
Feier in der Empa- Akademie am 7. April 2004 den mit 50'000 Franken 
dotierten «Collano Förderpreis Innovation 2003». Ausgezeichnet 
werden damit chemisch- technische Innovationen, mit denen die 
Grenzen von Materialien überwunden werden können.
Cellulosefibrillen, die in der Zellwand in eine Lignin-Matrix 
eingebettet sind, geben Holz Stabilität und verleihen ihm 
ausserordentlich hohe Zugfestigkeit, Funktionalitäten, wie sie auch 
für Werkstoffe wünschenswert wären. Ziel einer Studie der Empa war 
es, herauszufinden, ob aus dem industriell hergestellten 
Massenprodukt Zellstoff möglichst lange Cellulosefäden mit einem 
Durchmesser von wenigen Nanometern herausgetrennt werden können, die 
sich in polymere Werkstoffe einbetten lassen. Daraus entstünden 
nachhaltige und funktionale Materialien für technische Einsätze 
unterschiedlichster Art.
Am meisten Erfolg versprechen möglichst lang gestreckte und sehr 
schmale Cellulosefibrillen, deren Durchmesser ca. 5000-mal kleiner 
sind als der Durchmesser eines menschlichen Haares. Durch rein 
mechanische Prozesse wurden fibrilläre Strukturen mit einem 
Durchmesser zwischen 20 und 200 nm und attraktiven Längen von 
mehreren Mikrometern aus dem Zellstoff herausgetrennt. Wurde dem 
mechanischen Prozess ein chemischer Aufschluss des Zellstoffes 
vorgeschaltet, ergaben sich feinere fibrilläre Strukturen, aber mit 
kürzeren Fibrillenlängen. Die Fibrillendurchmesser bewegten sich 
hier im Bereich von nur noch wenigen Nanometern.
Die Dimensionen und die Morphologie der isolierten 
Cellulosefibrillen wurden an der Empa elektronenmikroskopisch 
analysiert. Weiterhin erfolgten chemische Charakterisierungen zur 
Bestimmung des Molekulargewichtes des Polysaccharides Cellulose, der 
kleinsten Einheit der Fibrillen.
Holzfibrillen verstärken Polymere und speichern Wasser
Werden die durch unterschiedliche Methoden isolierten 
Cellulosefibrillen nun in Polymere wie Polyvinylalkohol oder 
Hydroxypropylcellulose eingebettet, so zeigen die anschliessenden 
Untersuchungen: Mit steigendem Fibrillenanteil erhöht sich die 
Zugfestigkeit der Komposite um das bis zu Fünffache gegenüber dem 
ungefüllten Polymer, selbst wenn die Cellulosefibrillen ungeordnet 
in der Polymermatrix eingebettet sind.
Im Laufe des Projekts wurden neben der verstärkenden Eigenschaft 
noch weitere bemerkenswerte Eigenschaften der Cellulosefibrillen 
herausgearbeitet: Eine intensive mechanische Dispergierung von 
aufgeschlossenen Cellulosefibrillen in Wasser führt zu einem 
transparenten, mechanisch stabilen Gel. Dabei sind die 
Fibrillennetzwerke in der Lage, grosse Mengen an Wasser bei sehr 
geringem Feststoffanteil (ca. 3 Gew.-%) einzulagern. Diese 
Funktionalität eröffnet dem Cellulosegel Erfolg versprechende 
Einsatzbereiche, z.B. als Verdickungsmittel in Dispersionsfarben, wo 
es hilft, Applikationseigenschaften der Anstrichstoffe massgeblich 
zu optimieren.
Mit Nanomaterialien Grenzen überwinden
Neben den bereits etablierten Nanomaterialien sind die 
Cellulosefibrillen ein weiterer innovativer Bestandteil der 
Nanoforschung an der Empa geworden. Die Empa-Forschenden wollen nun 
mit der Firma Collano im Rahmen eines KTI-Förderprogramms 
zusammenarbeiten und Fragestellungen im Bereich von Klebstoffen mit 
Hilfe der Cellulose-Nanofibrillen angehen und lösen. Dazu gehört es 
auch, die Fibrillenproduktion weiter zu optimieren und stark 
auszubauen sowie intensiv verschiedene Polymer-Fibrillen- 
Kombinationen zu erforschen.
Weitere zukünftige Einsatzbereiche für Cellulose-Nanofibrillen 
sind 
aufgrund der Fülle an Möglichkeiten noch nicht genau zu benennen. 
Die Funktionalität des Materials eröffnet jedoch noch viel 
weitreichendere Anwendungsmöglichkeiten: von der Technik bis zur 
Medizin.
***********************
Ansprechpersonen für inhaltliche Auskünfte:
Tanja Zimmermann, Abt. Holz, Tel. +41 44 823 43 89, E-mail  
tanja.zimmermann@empa.ch
Evelyn Pöhler, Abt. Holz, Tel. +41 44 823 40 74, E-mail  
evelyn.poehler@empa.ch
Dr. Thomas Geiger, Abt. Funktionspolymere, Tel. +41 44 823 47 23, E-
mail  thomas.geiger@empa.ch
Jürg Schleuniger, Abt. Funktionspolymere, Tel. +41 44 823 43 56, E-
mail  juerg.schleuniger@empa.ch
***Redaktion und Bilder***
Martina Peter, Abt. Kommunikation/Marketing, Tel. + 41 44 823 49 87,  
martina.peter@empa.ch

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