Матеріалознавці зі США розробили метод отримання міцного волокна з бамбука. Вчені змогли відокремити целюлозні волокна від лігніна та інших полімерів, що містяться в стеблях рослини. У результаті вийшло волокно, що перевершує за міцністю деякі синтетичні аналоги. Дослідження опубліковано в.
Синтетичні волокна (наприклад, на основі поліефірів і поліамідів) часто використовують у приготуванні конструкційних матеріалів, проте більшість таких волокон не розкладається в природних умовах, а їх виробництво дуже дороге. Тому вчені шукають натуральні рослинні волокна, якими можна було б замінити синтетичні аналоги.
Багато уваги матеріалознавці приділяють отриманню целюлозних волокон з дерева. Але зробити дійсно міцний матеріал з целюлози складно - через дуже пористу структуру деревини волокна виходять з низькою межею міцності і невеликим модулем Юнга. Волокна з бамбука мають більшу міцність, і вчені шукають способи додатково поліпшити їх механічні характеристики.
Матеріалознавці з Мерілендського університету в Коледж-Парку під керівництвом Ху Лянбіна (Hu Liangbing) придумали новий метод виділення целюлозного волокна з бамбука. Вони припустили, що нитки будуть більш міцними, якщо відокремити їх від нещільної паренхіми та інших полімерів, що містяться в стеблях рослини: лігніна і геміцелюлоз.
Щоб виділити волокна з бамбука, хіміки спробували вимочити його стебли в розчині пероксомуравійної кислоти протягом 12 годин при 50 градусах Цельсія. На їхній подив, окремі целюлозні нитки можна було помітити вже через пару годин. А через 12 годин вийшли довгі білі волокна, які вчені промили лужним розчином і водою, а потім висушили на повітрі.
Твердотільна ЯМР-спектроскопія отриманих ниток показала, що майже всі зайві полімери вимилися, а целюлоза зберегла свою молекулярну структуру. Крім того, вчені з'ясували, що в результаті сушіння обсяг волокон зменшився на ауд 12 відсотків за рахунок утворення великої кількості водневих і Ван-дер-Ваальсових зв'язків між целюлозними ланцюжками.
Щоб дізнатися, чи можна застосовувати їх волокна для отримання конструкційних матеріалів, хіміки взялися за вимірювання їх механічних характеристик. Модуль Юнга волокон склав близько 91,3 гектапаскалів, а межа міцності - 1,9 гектапаскалів. Ці показники виявилися приблизно в 6 разів більшими, ніж для волокон, отриманих механічним перетиранням бамбукових стеблів.
Далі матеріалознавці сплели невеликий тканинний килимок з 1000 целюлозних ниток і просочили його епоксидною смолою. Отриманий композит мав межу міцності близько 350 мегапаскалів, що ставить його на один рівень за міцністю з просоченим епоксидною смолою вуглеволокном. В результаті автори показали, що для отримання міцних ниток необхідно виділяти чисті від лігнина волокна, а новий матеріал перевершив багато інших композитів за механічними характеристиками.
Незважаючи на те, що вчені запропонували дуже зручний і ефективний метод виділення целюлозних волокон з бамбука, його і раніше використовували для отримання міцних матеріалів. Наприклад, ми розповідали, як композити на основі бамбукових ниток планували застосовувати в авіації.