Наноцеллюлоза и теплопроводность: миф или реальность

На прошлой неделе портал nplus1 сообщил о разработке наноцеллюлозы, теплопроводность которой может быть ниже изделий из полиуретана.

В статье говорится, что американские ученые синтезировали экологически чистый теплоизолятор, пену на основе нанокристаллической целлюлозы, которая по теплопроводности и механическим свойствам превосходит известные пенопласты.

5dc78fc1c05e8ba80c9cc6da45752cd0.jpg

Приводим ее сокращенный и адаптированный текст:

Новые материалы с низкими значениями теплопроводности

Ученые ведут поиски альтернативных, более экологичных типов материалов с низкими значениями теплопроводности, не выше, чем 0,03-0,044 ватт на метр на кельвин, как у современных пенопластов, но с приемлемыми механическими свойствами.

Один из перспективных материалов: нанокристаллическая целлюлоза. Проблема в том, что пены из нее достаточно хрупкие, при горении полностью превращаются в пепел, а при высокой влажности теряют механические свойства.

Ученые в университете штата Вашингтон синтезировали экологически чистую теплоизоляционную пену на основе нанокристаллической целлюлозы путем обработки древесины концентрированной серной кислотой. Добавив при нагревании в ее водный раствор поливиниловый спирт и сшивающий агент (1,2,3,4-бутантетракарбоксильную кислоту), ученые получили различные сшитые полимеры. Чтобы мягко удалить воду, растворы охладили до −20 градусов Цельсия и поставили в вакуумную камеру для лиофилизации.

Показатели пены основе нанокристаллической целлюлозы

Образцы пены из нанокристаллов размерами 20-40 нанометров в ширину и 100-200 нанометров в длину получились пористыми: пористость выше 98 процентов; прочными: напряжение 73 килопаскаля при деформации 50 процентов; способными хорошо изолировать тепло: теплопроводность 0,027 ватт на метр на кельвин. Один из образцов смог выдержать давление веса в 200 раз превышающего его собственный, а при горении не образовывал пепла и сохранял свою микроструктуру.

Авторы объясняют прочность и упругость материала наличием сложноэфирных связей между молекулами полиспирта и нанокристаллами целлюлозы, которые обеспечил сшивающий реагент. Исследование продемонстрировало потенциал использования наноцеллюлозы для создания экологически чистых и эффективных материалов для теплоизоляции.

97e9626ebdd5c226f620bfd2b52bb5aa.jpg

Комментарий специалистов «ПрофХолода»

По словам Ильи Евдокимова, заведующего Научно-исследовательским центром «ПрофХолод», технология еще не отработана, и новый материал вряд ли заменит ППУ, тем более в сэндвич-панелях:

«В статье допущена ошибка:  теплопроводность пенополиуретана лежит в пределах 0,020 мВт/К, а при использовании перспективных вспенивателей может доходить и до 0,018 мВт/к. 

Когда технология будет отработана, новый материал сможет занять свое место среди строительных материалов, но полностью заменить ПИР и ПУР вряд ли удастся.

Одним из минусов наноцеллюлозы является низкая прочность, что исключает ее применение в несущих конструкциях.  При использовании в качестве наполнителя сэндвич-панелей потребуется использовать праймер с двух сторон, а также отработать технологию нанесения пластов наноцеллюлозы на металл. Процесс изготовления панелей с наноцеллюлозой схож с изготовлением сэндвич-панелей с минватным утеплителем. По процессу и свойствам возможна конкуренция между сэндвич-панелями с минватным утеплителем и с наполнителем из наноцеллюлозы.

Интересно, что наноцеллюлоза производится при отрицательных температурах: при гипотетическом запуске производства придется использовать энергоэффективные материалы, тот же ПИР.

Что касается экологичности, если из целлюлозы делаются простыни, то из пенополиуретана – матрасы, здесь они дополняют друг друга, чем конкурируют, с точки зрения экологии они равны. Мы каждый день имеем делом с самыми различными пластиками: от футбольных мячей, банкнот и подошв в нашей обуви до обивки автомобилей, матрасов, так что здесь мы не видим особенного прорыва».

Подпишитесь на публикации нашего блога

И вы точно будете в курсе самых современных технологий и трендов

Еще публикации

Дайджест технологий сохранения энергии №251
22.04.2024

Смотрите наши
проекты

gototop