Nanoselülozlar

Nanoselüloz, lignoselülozik hammadde kaynaklarından elde edilmektedir. 5-500 nanometre çapında yüzlerce mikrometre uzunluğundaki selülozun kristal veya lifli birimlerini içermektedir. Sahip olduğu fiziksel, kimyasal ve morfolojik özellikler nedeniyle elde edilen ürünlere olumlu özellikler kazandırmaktadır.

Nanoselülozlar, yukarıdan aşağıya ve aşağıdan yukarıya olmak üzere iki farklı yöntem ile elde edilirler. Aşağıdan yukarı yönteminde, kimyasal sentez gibi metotlarla atomlar ve moleküller bir araya getirilir. Ancak bu yöntem çok fazla kullanılmamaktadır. Çoğunlukla kullanılan yukarıdan aşağı yöntemindir ve bu teknikte makroskopik malzemeler nanometre boyutuna dönüştürülürler. Nanometre boyutuna dönüştürmede; mekanik (öğütme), kimyasal (kısmi asit veya baz hidrolizi), enzimatik ve fiziksel metotlar kullanılır.

Nanoselülozlar; boyutlarına, özelliklerine ve üretim yöntemlerine bağlı olarak üç şekilde sınıflandırılabilirler. Bu sınıflar: mikrofibrillenmiş selüloz (MFC), nanokristalin selüloz (NCC) ve bakteriyel nanoselülozd (BNC) olarak sıralanabilir.

Odun, şeker pancarı, patates, kenevir ve ketenden elde edilen mikrofibrillenmiş selüloz, odun hamurunun mekanik bir etki sonucu parçalanması ile oluşmaktadır. Odun, pamuk, kenevir, keten, buğday sapı, dut kabuğu, bakteri veya yosun bazlı selülozdan elde edilen nanokristalin selüloz ise selülozun asit hidrolizi sonucunda oluşur. Bakteriyel sentez yoluyla da şeker ve alkollerden bakteriyel nanoselülozlar üretilebilir.

Nanoselülozun elde edilmesinde odun en önemli selüloz kaynağı olarak kullanılmasına rağmen mısır, şeker kamışı, buğday, pirinç, patates, arpa, havuç, bambu, ananas ve muz gibi bitkilerin yan ürünleri de doğal lif kaynağı olarak kullanılabilmektedir.

Mikrofibrillenmiş selülozun sulu süspansiyonları yapay jel davranışı gösterirler. Reolojik özellikleri sayesinde gıda, boya, kozmetik ve ilaç sanayinde kalınlaştırıcı veya stabilizatör olarak kullanılabilirler. Bunun yanında nanoselülozlar yüksek kristallik derecesine sahiptirler ve bu kristal bölgeler gaz sızdırmaz bir yapı sağlamaktadır. Ayrıca yapılarında lifler arası bağlantı fazladır. Bu nedenle koruyucu (bariyer) materyal olarak da kullanılabilirler.

Son yıllarda kağıt üretiminde maliyeti azaltmak ve daha yüksek mekanik ve fiziksel dirençli kağıt üretimi gerçekleştirmek amacıyla nanoselülozlar tercih edilirler. Yapılan çalışmalarda, üretim işlemi esnasında nanoselüloz eklenerek nanoselülozun kazandırdığı üstün yapısal dayanımından dolayı %3 civarında üretim maliyeti azaltılabilmiş ve kurutma işlemi için de yaklaşık % 30 daha az enerji kullanıldığı tespit edilmiştir. Nanoselüloz, küçük boyutta olma ve geniş yüzey alanına sahip olma gibi özellikleri nedeniyle lifler arasında hidrojen bağları oluşturularak kâğıdın su tutma özelliğini de arttırmaktadır.

Nanoselülozlar ayrıca süper emici polimerlerle birlikte su emici özellikleri sayesinde; yetişkin bezleri, ıslak mendil, tek kullanımlık havlu, terlik, ayakkabı, cerrahi önlük, maske, bone, cerrahi örtü, sedye örtüsü gibi birçok alanda kullanılabilirler.

Nanoselülozlar aerojel eldesinde de kullanılabilirler. Aerojeller, dondurularak kurutulmuş nanoselüloazlardan elde edilir. Gözenekli yapısı nedeniyle bebek bezi, pansuman bezi ve hijyenik bez üretiminde kullanılırlar.

Eczacılıkta nanoselülolazlar toz haline getirilerek yardımcı materyal olarak kullanılabilirler. Kozmetik sektöründe ise saç, kirpik, kaş ve tırnak boyalarının üretiminde kullanılırlar. Yüksek hidrasyon derecesine sahip olan bakteriyel nanoselülozlar; nemlendirici kremlerin üretiminde, bandaj, doku, hidrojel gibi materyallerde kullanılabilirler.

Ayrıca selüloz nanokristalleri piezoelektrik özellik gösterebilirler. Yani uygulanan mekanik basınç sonucunda elektrik alan ya da elektrik potansiyelini değiştirme yeteneğine sahiptirler. Bu nedenle; pillerin, süper kapasitörlerin, biyoplastiklerin, elektroniklerin, kompozitlerdeki yapısal malzemelerin, filmlerin ve kaplamaların kullanımında nanoselülozdan yararlanılabilir.

Görüldüğü gibi nanoselülozlar, pek çok alanda kullanımları ile fayda sağlamaktadırlar. Yapılan çalışmalar ile de kullanım alanlarının artacağı düşünülmektedir. Böylece yeni sektörlerde ve ürünlerde nanoselülozların özelliklerinden faydalanıldığını görmek mümkün olacaktır.

Kaynaklar

Tuzluoğlu, A., Çöpür, Y., Özyürek, Ö., Çıtlak, S., “Nanoselüloz üretim teknolojisi”, Türkiye Ormancılık Dergisi, 16(2): 203-219, 2015.

Piezoelektrik, Erişim Tarihi 18 Şubat 2016, https://tr.wikipedia.org/wiki/Piezoelektrik

Kağıt potansiyeline sahip nanoselüloz, Erişim Tarihi 18 Şubat 2016, http://bilimselhaberler0.blogspot.com.tr/2012/11/kagt-potansiyeline-sahip-nanoseluloz.html

‘Green’ cars could be made from pineapples and bananas, Erişim Tarihi 18 Şubat 2016, https://www.sciencedaily.com/releases/2011/03/110328092459.htm

The Global Market for High Impact Nanomaterials: Nanocellulose, Carbon Nanotubes, Graphene and 2-D Nanomaterials, Erişim Tarihi 18 Şubat 2016, http://www.futuremarketsinc.com/global-market-high-impact-nanomaterials-nanocellulose-carbon-nanotubes-graphene-2-d-nanomaterials/

Send this to friend