Nanoteknik är ett område som väcker stora förhoppningar inom olika industribranscher. Hos många personer väcker begreppet associationer om innovationer och produkter med fantastiska egenskaper. I nanovärlden rör vi oss med material i storleksordningen från en miljondels millimeter till en tusendels millimeter. Nanoteknik handlar alltså om att studera och manipulera materien i molekylär skala. Även om området fortfarande uppfattas som nytt finns det många praktiska tillämpningar av nanoteknik, exempelvis inom elektronik, ytbehandling och kosmetik.

Inom skogsindustrin ökar intresset för nanoteknik och den som tror att man bara kan göra papper av pappersmassa har fel. Med hjälp av nanoteknik går det nämligen att framställa cellulosamaterial som är hållfasta, lätta, miljöanpassade och billiga. Sådana högpresterande material kan få användning i avancerade elektronikprodukter, bilar, flygplan och medicinska produkter. Tekniken bygger på att träfibrerna plockas sär i sina minsta beståndsdelar och sätts ihop igen till nya material och vid Kungliga Tekniska Högskolan (KTH) i Stockholm leder professor Lars Berglund forskningen kring nanocellulosa. Lars är också föreståndare för Wallenberg Wood Science Centre (WWSC) vid KTH och Chalmers, Göteborg, ett nytt forskningscentrum med inriktning att utveckla alternativa användningsområden för skogsråvara.

Cellulosafibrerna plockas isär

”Nanocellulosa består av fibriller som är ungefär 10 nanometer tjocka. Är fibrillerna 100 gånger längre än de är tjocka har de många intressanta egenskaper som kan utnyttjas i olika tillämpningar. Det rör sig exempelvis om biokompositer, förstärkningsmaterial och viskositetsmedel i livsmedelsindustrin. Nanocellulosan är dessutom biologisk nedbrytbar och mer fuktresistent än de vanliga cellväggarna i trä”, konstaterar Lars Berglund. ”Pressas nanocellulosan samman kan den exempelvis bilda genomskinliga filmer som kan användas som barriärmaterial i förpackningar. Fibrillerna kan också blandas i massan vid papperstillverkning och göra papperet starkare genom att binda pappersfibrerna starkare vid varandra”, fortsätter Lars.

Hur kommer man då åt fibrillerna? De cellulosafibrer, som är en av huvudbeståndsdelarna i trä, är uppbyggda av individuella mikrofibriller och genom att öppna fiberns cellvägg blir fibrillerna tillgängliga. Detta sker genom mekanisk homogenisation i kombination med kemiska och mekaniska förbehandlingssteg. Sammantaget en mycket energikrävande process. Vid forskningsstiftelsen Innventia har man sedan länge arbetat med metodutveckling kring nanocellulosa och nyligen presenterade man världens första pilotanläggning för produktion av nanocellulosa i större volymer. ”Fokus på arbetet har varit att utveckla en energieffektiv process och genom vårt utvecklingsarbete har energiförbrukningen minskat med upp till 98 procent”, säger Mikael Ankerfors som leder Innventias forskningsarbete kring nanocellulosa.

”Minskad energiförbrukning har möjliggjorts genom olika förbehandlingssteg, som försvagar fibrerna i massan, så att de lättare kan malas ner till fibriller. I laboratorieskala kunde vi tidigare framställa något kilo nanocellulosa om dagen, men i den nya pilotfabriken kommer det att handla om ton per dag”, avslutar Mikael.

Magnetiskt nanopapper

Under 2011 presenterade forskare vid WWSC magnetiska nanopartiklar i superstarkt nanopapper. Det nya nanopapperet är extremt lätt, starkt och böjbart och kan bland annat användas för att hindra sedelförfalskning och för att filtrera bort metallpartiklar.

”Magnetiskt nanopapper är lätt att framställa och har unika egenskaper, men visar också den produktpotential som forskning inom nanoteknik har för skogsindustrin”, säger Lars Berglund. ”Förutom att magnetiskt nanopapper kan användas för att hindra dokumentförfalskning, kan andra tillämpningar vara intressanta, till exempel i implantat för människokroppen, samt för små motorer och sensorer. Jämfört med metalliska magnetmaterial är det starka magnetiska nanopapperet mycket mer formbart. Den nya framställningsmetoden kan också användas för andra skogsprodukter”, avslutar Lars.

Nanopapperet består av mycket starka och böjbara nanofibriller från cellulosa. Först framställer man en extremt porös ”aerogel”, som endast innehåller två procent cellulosafibriller. Resten av gelen utgörs av porer. Sedan doppar man den porösa gelen i en saltlösning och skapar de magnetiska partiklarna. Partiklarna är drygt 40 nanometer stora och består av koboltferrit och de binds mycket starkt till cellulosan. Egenskaperna hos den färdiga produkten kan styras på flera olika sätt, exempelvis genom att påverka hur stor mängd magnetiska partiklar som bildas. Vidare kan det porösa nanopapperet komprimeras till olika porhalt, så att man får den styrka och böjbarhet som eftersträvas.

Artikeln publicerad i mars 2012