Diplomi-insinööri Matias Lakovaara väitteli Oulun yliopistossa selluloosan nanomateriaaleihin perustuvien kalvojen ja pinnoitteiden vedenkestävyyden parantamisesta syväeutektisilla liuottimilla.
”Syväeutektiset liuottimet ovat uuden tyyppisiä nesteitä, joita saadaan yhdistämällä kaksi kiinteää komponenttia, jotka muodostavat keskenään vetysidoksia. Käytetyt komponentit ovat yleisiä, edullisia ja vähätoksisia kemikaaleja, joten ne ovat ympäristön kannalta turvallisempia kuin selluloosan kemiallisissa muokkausprosesseissa yleisesti käytetyt haihtuvat orgaaniset yhdisteet”, hän selittää.
Lakovaara tutki nanoselluloosakalvojen muokkaamista jo prosessitekniikan diplomityössään. Väitöskirja koostuu neljästä osajulkaisusta.
Vedenkestävyys parani helposti
Nanoselluloosasta valmistetuilla kalvoilla on monia pakkausmateriaaleille suotuisia ominaisuuksia – ne ovat läpinäkyviä ja taipuisia, eikä happi tai rasva pääse niistä helposti läpi. Ne eivät kuitenkaan kestä vettä.
Kahdessa ensimmäisessä osajulkaisussa keskityttiin nanosellukalvojen muokkaamiseen.
”Syväeutektisilla liuottimilla vedenkestävyyttä pystyttiin parantamaan yksinkertaisella ja lyhyellä muokkausprosessilla – vain 15 minuutin reaktioajalla vedenkestävyys parani.”
Nanosellukalvon altistuessa vedelle myös hapen läpäisevyys kasvaa, mitä yritettiin ehkäistä.
”Ikävä kyllä emme pystyneet tätä ongelmaa vielä ratkaisemaan”, Lakovaara toteaa.
Riisipakkaus ja suojakalvo painetulle elektroniikalle
Kahdessa jälkimmäisessä osatutkimuksessa muokattiin ensin sellukuituja, ja vasta muokatuista sellukuiduista pyrittiin tekemään vedenkestäviä kalvoja.
”Muokkausprosessi oli sama kuin nanoselluloosakalvoille, mutta prosessin jälkeen muokattu sellu käsiteltiin ultraäänellä etanolissa.”
Ultraäänellä muokatusta selluloosasta saatiin tehtyä erittäin läpinäkyviä nanoselluloosakalvoja.
”Optiset ominaisuudet olivat hyvät ja vedenkestävyys selvästi parempi kuin muokkaamattomilla nanoselluloosakalvoilla. Materiaalia pystyttiin myös kuumasaumaamaan.”
Materiaalin toimivuutta testattiin valmistamalla siitä pakkaus riisille.
”Materiaali on kuitenkin haurasta, eikä kestä mekaanista käsittelyä, joten se vaatii vielä kehittelyä.”
Neljännessä osatutkimuksessa samasta materiaalista tehtiin päällyste muokkaamattomalle nanoselluloosakalvolle vedeneristeeksi painetun elektroniikan sovelluksiin.
”Demosimme tätä sähköä johtavalla vesiliukoisella maalilla, joten oli helppo havaita, levisikö se, kun materiaali altistettiin vedelle. Tulokset olivat lupaavia.”
Väitöskirja
Matias Lakovaaran väitöskirja Water-resistant nanocellulose films and coatings via deep eutectic solvent modifications, University of Oulu Graduate School; University of Oulu, Faculty of Technology Acta Univ. Oul. C 1019, 2025.
https://oulurepo.oulu.fi/bitstream/handle/10024/57984/nbnfioulu-202508085234.pdf
