Ultrastarke Zellulosefäden entwickelt

Ein Forscherteam um Karl Håkansson von der Königlich Technischen Hochschule in Stockholm teste erfolgreich ein neues Verfahren zur Produktion extrem starker Zellulosefäden. Bei der neuen Methode wird ultrafestes Garn aus nanometerkleinen Zellulosefasern geflochten, indem diese alle parallel ausgerichtet werden. Die Wissenschaftler präsentieren ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Communications“.

Zellulose ist der Hauptbestandteil der pflanzlichen Zellwand und formt dort winzigen Fädchen, die sogenannten Fibrillen. Für ihr Verfahren spülen die Forscher die winzigen, nanometerkleinen Zellulosefibrillen mit Wasser durch einen schmalen Kanal. Zwei zusätzliche Wasserstrahlen, die von beiden Seiten in den Kanal münden, beschleunigen den Fluss der Fibrillen. „Durch die Beschleunigung mit diesen Jets richten sich alle Nanofibrillen mehr oder weniger parallel zur Flussrichtung aus“, erläutert Koautor Stephan Roth vom Forschungszentrum DESY in Hamburg. „Außerdem spülen die Jets Salze in den Fluss. Diese Salze sorgen dafür, dass die Fibrillen sich aneinanderheften und legen damit bereits die Struktur des künftigen Fadens fest.“ Um den Produktionsprozess im Detail zu verfolgen und die Konfiguration der Nanofibrillen an verschiedenen Stellen im Fluss zu überprüfen, nutzten die Wissenschaftler den hellen Strahl der Röntgenquelle PETRA III am DESY. Schlussendlich werden die noch feuchten Fasern innerhalb weniger Minuten an der Luft getrocknet, wodurch sie zu einem kräftigen Faden zusammenschrumpfen.

„Gemessen am Gewicht sind unsere Fäden stärker als Stahl und Aluminium“, erläutert Teammitglied Fredrik Lundell von der Königlich Technischen Hochschule in Stockholm und meint weiter: „Wir können im Prinzip sehr lange Fäden flechten. Bis jetzt sind unsere längsten Probestücke ungefähr zehn Zentimeter lang, aber das ist mehr eine technische Frage und kein grundsätzliches Problem. Die echte Herausforderung ist allerdings, daraus Biomaterialien mit hoher Steifigkeit zu machen, die beispielsweise für Rotorblätter von Windkrafträdern benutzt werden könnten. Mit weiteren Verbesserungen, insbesondere bei der Ausrichtung der Fibrillen, wird dies möglich werden.“