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Chancen und Risiken neuer Materialien aus Nanozellulose

 

Mit Zellulose-Nanofasern lassen sich die mechanischen und strukturellen Eigenschaften von Materialien gezielt verändern. Im Rahmen des Projektes von Christoph Weder wurden verschiedene Verbundwerkstoffe mit Zellulose-Nanofasern entwickelt und charakterisiert, die sowohl der Bauindustrie als auch der Medizin grossen Nutzen bringen. Mögliche Gesundheitsrisiken, die sich durch das Einatmen von Nanozellulose bei der Herstellung und Anwendung solcher Materialen ergeben könnten, wurden evaluiert.

Hintergrund (abgeschlossenes Forschungsprojekt)

Mechanische Eigenschaften von Kunststoffen können gezielt verändert werden, indem die Materialien mit Nanopartikeln versetzt werden. Zellulose-Nanofasern sind dafür besonders attraktiv. Sie besitzen ausgezeichnete mechanische Eigenschaften und können aus natürlichen, nachwachsenden Rohstoffen wie Holz gewonnen werden. Die Bauindustrie setzt deshalb immer mehr auf solche Verbundwerkstoffe. Im Rahmen des Projektes von Christoph Weder wurden Verbundwerkstoffe mit Zellulose-Nanofasern für unterschiedliche Anwendungen in der Bauindustrie aber auch in der Medizin entwickelt und charakterisiert. Im Verlauf des ganzen Lebenszyklus von Nanoverbundwerkstoffen, das heisst während deren Herstellung, Verarbeitung, Gebrauch und Entsorgung, können Nanoteilchen freigesetzt und allenfalls eingeatmet werden. Als Biomaterial hat man Nanozellulose bisher als gesundheitlich unbedenklich eingestuft. Ob die Freisetzung von Nanozellulose tatsächlich kein Risiko darstellt, wurde in einem weiteren Teil dieses Projekts untersucht.

Resultate

Mit seinem Forschungsteam gelang es Christoph Weder neue Materialien aus Zellulose Nanofasern herzustellen, die sich durch sehr unterschiedliche, bisher kaum untersuchte Architekturen charakterisieren. Durch neue Herstellungsansätze konnten die Forscher poröse Verbundstoffe entwickeln, die in der Bauindustrie als ökologische Alternative zu konventionellen Isolationsschäumen genutzt werden können. Des Weiteren stellten sie Verbundwerkstoffe her, die dank einer optimalen Kombination von hoher Zugfestigkeit und Zähigkeit neue Anwendungsmöglichkeiten für die Bauindustrie bieten.

In einem weiteren Teil des Projekts wurden die Risiken untersucht, welche sich durch das unabsichtliche Einatmen von Zellulose Nanofasern während des ganzen Lebenszyklus der Materialien ergeben können. Experimente, welche mit einem kürzlich etablierten Zellmodell der menschlichen Lunge durchgeführt wurden, zeigten keine negativen Auswirkungen auf die Lungenzellen.

In einem Teilprojekt wurde ein poröser Verbundwerkstoff entwickelt, mit dessen komplexem, multizonalem Material künstlicher Knorpel gezüchtet werden kann, welcher dem von natürlichem Gewebe ähnlich ist.

Bedeutung

Das Anwendungsspektrum von Verbundwerkstoffen mit Nanozellulose ist breit und reicht von der Bauindustrie bis hin zur Medizin. Im Rahmen dieses Projektes wurden Produktionstechniken etabliert, mit denen sich die Architektur der nanobaiserten Materialien sehr genau bestimmen lassen. Die auf dieser Grundlage entwickelte Technik zur Züchtung von Knorpelgewebe ist sehr vielversprechend und hat das Potenzial, mit weiterer Forschung zu einer relevanten medizinischen Anwendung zu werden. In Hinblick auf die anlaufende Kommerzialisierung von Verbundwerkstoffen mit Nanozellulose liefert das Projekt wichtige Resultate, um mögliche Gesundheitsrisiken besser einschätzen zu können.

Originaltitel

Cellulose-based nanocomposite building materials: solutions and toxicity

Projektleitung

  • Prof. Christoph Weder

Weitere Gesuchstellende

  • Dr. Martin Clift
  • Dr. Johan Foster

 

 

Weitere Informationen zu diesem Inhalt

 Kontakt

Prof. Christoph Weder Adolphe Merkle Institute Université de Fribourg Chemin des Verdiers 4 1700 Fribourg +41 26 300 94 65 christoph.weder@unifr.ch