Papier pevnejší než železo

|

Použitím rovnakého prírodného materiálu ako pri bežnom papieri vytvorili vedci papier, ktorý sa v pevnosti vyrovná železu.

Pretrhnúť papierové vrecko môže byť náročná úloha vďaka vynálezu nového druhu papiera, ktorý je pevnejší než odlievané železo.

Nový papier by sa mohol použiť na spevnenie bežného papiera pri vytváraní silnej lepiacej pásky, mohol by tiež pomôcť pri výrobe syntetických náhrad biologických pletív, tvrdí Lars Berlund zo Švédskeho kráľovského technologického inštitútu v Štokholme.

Napriek jeho veľkej sile je Berlundov „nanopapier“ vyrábaný z prírodného materiálu – z celulózy. Táto dlhá molekula cukru je základnou zložkou bunkových stien rastlín a je jednou z najbežnejších organických látok na Zemi.

Drevo tvorí z jednej polovice celulóza, ktoré je zmiešané s inými zložkami jeho vnútornej štruktúry.

V bunkových stenách rastlín sa jednotlivé molekuly celulózy spájajú a tvoria vlákna s priemerom 20 nanometrov, čo je 5000-krát menej, než je hrúbka ľudského vlasu. Tieto vlákna vytvárajú pevnú sieť, ktorá drží bunkové steny.

„Celulózové nanovlákna sú hlavnou oporou v rastlinných pletivách a sú okrem malých rozmerov charakteristické aj veľkou pevnosťou,“ povedal Berglund.

Celulóza sa získava z dreva na výrobu papiera, je základnou zložkou celofánu a nedávno bola použitá aj vo vyvíjaných umelých materiáloch. Vedci ju použili ale len ako lacný filtračný materiál ignorujúc jej mechanické vlastnosti. Mechanický proces použitý na spracovanie dreva zničil celulózové vlákna a tým radikálne znížil jej pevnosť. Berglund a jeho kolegovia vyvinuli šetrnejší proces spracovania, ktorý chráni pevnosť vlákien.

Nová metóda zahŕňa rozloženie celulózy pomocou enzýmov a následnú fragmentáciu pomocou mechanického šľahača. Sily spôsobia úplné rozpadnutie celulózy na vlákna. Výsledkom sú celé vlákna celulózy vznášajúce sa na vodnej hladine. Pri odparení vody sa vlákna spoja do siete pomocou vodíkových väzieb a vytvoria nanopapier.

Mechanické testy ukázali, že materiál má v ťahu pevnosť 214 MPa, čo je viac ako odlievané železo a takmer toľko, ako je pevnosť ocele. Normálny papier má v ťahu pevnosť 1 MPa. V testoch boli použité prúžky dlhé 40 mm, široké 5 mm a hrubé približne 50 mikrometrov.

Tajomstvo vlastností nanopapiera nie je len v sile nepoškodených vlákien celulózy, ale tiež v spôsobe, akým tvoria sieť. Napriek tomu, že sú pevne zviazané, dokážu sa stále ohýbať a naťahovať, čím odolávajú tlaku a ťahu.

Jednotlivé vlákna celulózy sú menšie ako v bežnom papieri. „V normálnom papieri sú vlákna hrubé asi 30 mikrometrov, tu sme o stupeň ďalej,“ povedal Berglund. „Materiál má oproti bežnému papieru vo svojej stavbe len málo nedostatkov.“

„Práca jasne odhalila potenciál celulózových nanovlákien ako základu spevňovania materiálov,“ povedal Stephen Eichhorn z Manchesterskej univerzity.

originál článku