Hoppa till huvudinnehåll
RISE logo

Utveckling av kompositfiber från kitosan och nanocellulosa

Detta projekt syftar till att utveckla en ny generation konstfibrer av kitosan. Kitosan har en kemisk struktur som liknar den hos cellulosa, vilket ger den en stor potential för användning till textilier. I detta projekt studeras tillsatts av nanocellulosa som mekanisk förstärkning för att öka styrkan hos kitosanfibrer.

Kitosan är det mest kända derivatet från kitin, vilket näst cellulosa är den mest förekommande naturliga polymeren i världen. Den huvudsakliga källan till kitosan är skal från kräftdjur (som krabbor och räkor) vilket är tillgängligt i riklig mängd som en biprodukt från livsmedelsindustrin. Kitosan har en mängd attraktiva egenskaper: det är förnybart, biologiskt nedbrytbart, biokompatibelt, icke-allergent och icke-toxiskt. Trots sina unika egenskaper är användningen av detta material förvånansvärt begränsat, och mestadels riktat mot det biomedicinska området. Kitosan anses därmed vara en av de mest underutnyttjade biopolymererna på jorden.

Framsteg inom utvecklingen av hållbara metoder att isolera kitosan från avfall av kräftdjursskal har öppnat upp möjligheten att använda detta råmaterial för nya biobaserade material. En stor potential finns inom området konstfibrer. Ur kemisk synvinkel är kitosan en makromolekyl som är väldigt lik cellulosa, den dominerande polymeren i bomull, vilket ger den en stor potential för användning till textilier.

Utmaning

Regenererade kitosanfibrer har producerats tidigare genom att använda traditionella våtspinningstekniker. Kitosan har då lösts upp i en ättiksyra och därefter extruderats ut i ett alkaliskt koaguleringsbad för att erhålla den regenererade fibern. Kitosanfibrer spunna vid dessa betingelser når styrkor på 10–15 cN/tex, jämfört med bomull som ligger på 15–40 cN/tex. Således är det den otillräcklig fiberstyrkan, både i torrt och vått tillstånd, som är den begränsande faktorn för kitosanfiberns användning i olika tillämpningar, särskilt textilier.

Olika strategier har föreslagits för att optimera de mekaniska egenskaperna hos spunna fibrer av kitosan, t.ex. genom att blanda kitosan med syntetiska polymerer eller introducera oorganiska nano-fyllmedel. Sådana system har dock svårt att möta uppställda hållbarhetskrav. Utveckling av helt biobaserade fibrer är av stor vikt och kan öppna möjligheter för industrialisering av konstfibrer av kitosan.

Mål

Detta projekt syftar till att utveckla en ny generation konstfibrer av kitosan med förbättrade mekaniska egenskaper.

Lösning

Inblandning av nanocellulosa i en spinnlösning med kitosan för att producera kompositfibrer. Nanocellulosa är den styrkebärande komponenten i träd. Tekniker finns idag för att isolera nanocellulosa och överföra denna funktion till andra material. Inblandningen av nanocellulosa är tänkt att förstärka de spunna fibrerna av kitosan.

Konsekvens

Varje år produceras 6-8 miljoner ton kräftdjursskalsavfall. Som exempel utgör den ätbara delen bara 40% av en krabbas vikt. Avfallet från kräftdjursskalen är kitinrika. Det potentiella värdet från kitin till industrin ignoreras. Hållbara sätt att raffinera och öka värdet på detta material borde därför sökas. Med tanke på befolkningsökning och ekonomisk tillväxt, vilket i sin tur leder till ökad efterfrågan på varor, är det extra viktigt att ta vara på värdet av avfall.

Denna forskning har potentialen att expandera svensk cirkulär- och biobaserad ekonomi genom att omvandla kitinavfall till värdefullt råmaterial, samtidigt som skogsråvara kan användas som källa till nanocellulosa för tillverkning av nya produkter.


Sammanfattning

Projektnamn

Fibrer från kitosan-nanocellulosa

Status

Pågående

Område

Textil

Region

Västra Götalandsregionen

RISE roll i projektet

Projektledare

Projektstart

Varaktighet

18 månader

Total budget

750 000 SEK

The UN sustainable development goals

Hållbar konsumtion och produktion

Projektmedlemmar

Tobias Köhnke

Kontaktperson

Tobias Köhnke

Gruppchef

+46 10 228 46 64
tobias.kohnke@ri.se

Läs mer om Tobias