السليلوز هو أحد أهم البوليمرات الطبيعية وهو مادة خام لا تنضب ومادة متوافقة حيوياً على نطاق صناعي. لقد تم استخدام هذه المادة لسنوات عديدة في شكل الخشب والألياف النباتية كمصدر للطاقة ومواد البناء والملابس.
السليلوز هو أحد أهم البوليمرات الطبيعية وهو مادة خام لا تنضب ومادة متوافقة حيوياً على نطاق صناعي. لقد تم استخدام هذه المادة لسنوات عديدة في شكل الخشب والألياف النباتية كمصدر للطاقة ومواد البناء والملابس.
بأحجام تصل إلى نطاق النانومتر، تعد ألياف السليلوز مواد طبيعية ذات خصائص فريدة ومفيدة. الأهم من ذلك، أن النانوسليلوز الجديدة، المصنوعة من ألياف السليلوز النانوية ذات الأبعاد الكبيرة نسبيًا (نسبة الطول إلى العرض) والخصائص المحددة، وجدت العديد من التطبيقات.
يتم فصل مركبات الألياف النانوية عند ضغط مرتفع ودرجة حرارة عالية وتسارع عالي، مما يؤدي إلى مساحة سطح كبيرة وبالتالي تفاعلات قوية مع الأنواع المحيطة مثل الماء والمواد البوليمرية والمواد العضوية والجسيمات النانوية والخلايا الحية. يتم استخدام طرق مثل المجهر الإلكتروني النافذ (TEM) والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM) لتحديد البنية.
يعد السليلوز أحد أهم البوليمرات الطبيعية وهو مادة خام لا تنضب ومادة متوافقة حيوياً على نطاق صناعي. لقد تم استخدام هذه المادة لسنوات عديدة في شكل الخشب والألياف النباتية كمصدر للطاقة ومواد البناء والملابس.
يتكون النانوسليلوز من ألياف السليلوز النانوية، ذات الأبعاد العرضية عادة ما تكون من 5 إلى 20 نانومتر والأبعاد الطولية في نطاق واسع من عشرات النانومتر إلى عدة ميكرونات. يتمتع النانوسليلوز بمظهر لزج للغاية وهو عبارة عن شريط شفاف يشبه الهلام.
تم استخدام مصطلح الألياف الدقيقة النانوسليلوزية لأول مرة من قبل تورباك وسنايدر وساندبرج في أواخر السبعينيات.
كان هذا المركب عبارة عن مادة تشبه الهلام تم إنشاؤها من لب الخشب في درجات حرارة عالية وضغط مرتفع. ظهر مصطلح MFC (السليلوز الدقيق) لأول مرة في أوائل الثمانينيات، وتم تقديم عدد من براءات الاختراع على هذا المركب النانوسليلوزي الجديد المسمى Rayonier. وفي عمل لاحق، قام هيريك بإعداد مسحوق جاف من هذا الهلام.
اكتشف تورباك وزملاؤه تطبيقات جديدة لـMFC/Nanocellulose. وتشمل هذه الاستخدامات استخدام هذه المركبات كعوامل تكثيف وتثخين في صناعة الأغذية ومستحضرات التجميل وعمليات إنتاج الورق والمنسوجات والألياف غير المنسوجة.
لقد زادت الأبحاث حول الألياف الدقيقة/النانوية للسليلوز (NFC/MFC) والبلورات النانوية للسليلوز منذ عام 2000، بما في ذلك الأمثلة التالية:
السليلوز هو عبارة عن بوليمر متجانس خطي (له مونومرات متشابهة) من وحدات β-D-غليكوبيرانوز المرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط جليكوسيدية (1 إلى 4) من خلال قوى فان دير فالس والروابط الهيدروجينية داخل الجزيء وخارجه. يبلغ طول جزيء السليلوز الطبيعي 5000 نانومتر على الأقل ويعادل سلسلة مكونة من حوالي 10000 وحدة غليكوبيرانوز.
في خلية الخشب في النبات، يتم ترتيب سلسلة السليلوز الخطية على شكل ألياف دقيقة يبلغ قطرها حوالي 35 نانومتر في الأبعاد المقطعية ولها منطقتان بلورية وغير متبلورة.
بشكل عام، يتم تحضير ألياف السليلوز النانوية من المواد الأولية للخشب باستخدام جهاز التجانس تحت ضغط مرتفع. تؤدي هذه العملية إلى تقشير جدران خلايا الألياف النباتية، ويتم الحصول على ألياف السليلوز النانوية بشكل منفصل.
يتم الحصول على الحالة البلورية للنانوسليلوز عن طريق التحلل الحمضي لألياف السليلوز الطبيعية باستخدام محاليل مركزة من الأملاح المعدنية وحمض الكبريتيك وحمض الهيدروكلوريك. يمكن أيضًا استخراج الشكل غير المتبلور من السليلوز الطبيعي من المنتج المحلل بعد تحديد التوقيت الدقيق والفصل عن الكسور البلورية وخطوات الغسيل.
إن خصائص النانوسليلوز (مثل الخصائص الميكانيكية، وخصائص الغشاء الرقيق، واللزوجة، وما إلى ذلك) تجعله مادة مثيرة للاهتمام للعديد من التطبيقات. في صناعة الورق والكرتون، يتم استخدام النانوسليلوز بسبب تأثيره القوي على المواد الورقية. في الصناعات الغذائية والطبية والتجميلية والصيدلانية، تُستخدم هذه المواد في المواد الماصة للماء والأفلام المضادة للبكتيريا.
وتشمل التطبيقات الأخرى لهذه المواد تصنيع المركبات، والمعدات الإلكترونية، وصناعة الأخشاب ومواد البناء، وإعادة تدوير النفط (في تحلل سلاسل الهيدروكربون)، وتصنيع السيارات.
