Mullistavalle keksinnölle löytyy paljon käyttösovelluksia

Helsingin yliopistossa kehitetään professori Ilkka Kilpeläisen johdolla uudenlaisia liuottimia, joilla voidaan valmistaa tekstiiliä sellusta ja korvata pesuaineiden muovi biohajoavilla helmillä. Uusin sovellus on puun liimaus ilman liimaa.

Helsingin yliopiston orgaanisen kemian professori Ilkka Kilpeläinen pitää kädessään lasipurkkeja, joissa on pieniä muovihelmen näköisiä palloja. Niiden raaka-aineena ei ole kuitenkaan käytetty muovia vaan selluloosaa.

Näillä luonnossa hajoavilla mikrohelmillä on tulevaisuudessa mahdollisuus korvata esimerkiksi hammastahnoihin ja pesuaineisiin laitettavia muovinpaloja, joiden päätyminen viemäreiden kautta vesistöihin huolestuttaa tutkijoita ympäri maailman.

Biohajoavat mikrohelmet ovat yksi sovellus kemian laitoksella kehitetystä menetelmästä liuottaa selluloosaa. Siinä selluloosan kuidut saadaan liuotettua tehokkaasti ja myrkyttömästi uudenlaisten ionisten liuottimien avulla. Lisäksi menetelmä on monikäyttöinen, sillä raaka-aineena voidaan käyttää esimerkiksi selluloosaa, kierrätyspaperia tai käytettyjä vaatteita.

”Kehittämämme liuottimet ovat orgaanisia suoloja, joilla on paljon ainutlaatuisia ominaisuuksia. Ne ovat esimerkiksi kierrätettäviä ja myrkyttömiä”, Kilpeläinen sanoo.

Selluloosasta syntyy mekkokangas

Kilpeläinen kertoo, että sovelluksissa lähdettiin aluksi kehittämään ympäristöystävällistä menetelmää tekstiilikuitujen valmistukseen yhdessä Aalto yliopiston kanssa. Tuloksena syntyi Ioncell-prosessi, jolla voidaan korvata puuvillaa tai viskoosia, jonka valmistamiseen selluloosasta tarvitaan erittäin myrkyllistä rikkihiiltä.

”Alusta lähtien tavoitteena oli tehdä mahdollisimman korkealaatuista kuitua. Ioncell vastaa lujuusominaisuuksiltaan hamppua eli se on hyvin vahvaa.”

Helsingin yliopisto on tehnyt hankkeessa yhteistyötä Aalto-yliopiston ja metsäteollisuuden kanssa. Tähän saakka tuotanto on ollut varsin pienimuotoista, mutta lähivuosina uusi kuitu voi edetä kaupallisen mittakaavan tuotantoon.

Ensimmäisenä uutta keksintöä on kokeillut Marimekko. Se esitteli keväällä 2014 Ioncell-kuidusta valmistetun pallokuvioisen mekon.

Puun liimausta ilman liimaa

Kilpeläinen sanoo, että Ioncell-menetelmälle löytyy muitakin sovelluksia. Selluloosasta voidaan valmistaa esimerkiksi hyvin kevyitä materiaaleja. Pienet pallot voidaan esimerkiksi valmistaa myös hyvin huokoisina, jolloin niiden sisälle jää paljon ilmaa.

”Yksi kuutiometri tällaista materiaalia painaa vain noin 30 kiloa. Pallojen sisältämän ilman ansiosta materiaalilla on hyvä eristyskyky. Sillä voidaan esimerkiksi korvata styroksia pakkausmateriaalina”, Kilpeläinen toteaa. Uusin Ioncell-sovellus on liuottimen käyttö puupalojen yhteen liittämisessä. ”Kyse on ikään kuin puun liimaamisesta ilman liimaa. Voidaan puhua myös puun kemiallisesta hitsaamisesta”, Kilpeläinen luonnehtii. Menetelmä toimii niin, että yhteen liitettävien puuosien kiinnityspintaan sivellään liuotinta pieni määrä. Palat puristetaan yhteen ja käytetty liuotin poistetaan.

Liuotin liuottaa saumakohdan selluloosan ja ligniinin, jolloin palat kiinnittyvät kuivaessaan tiukasti yhteen. Sauma on niin tiivis, että sitä on vaikea havaita edes elektronimikroskoopin kuvasta. ”Lämmityksen aikana liuotin haihtuu, jolloin se voidaan ottaa talteen uudelleen käyttöä varten”, Kilpeläinen toteaa. Hänen mukaansa selluloosan ioniliuottimet ovat hyvin tunnettuja. Siksi on suorastaan ihme, ettei kukaan muu ole aiemmin kokeillut niitä puun ´liimaukseen´. ”Se nimittäin toimii kuin junan vessa.” Kilpeläinen sanoo, että monikäyttöiselle Ioncell-menetelmälle voidaan löytää jatkossa paljon muitakin käyttösovelluksia. ”Suurin haaste on oikeastaan valinnan vaikeus, mihin asioihin tutkimuksessa keskittyä.”

Kattava patenttisalkku

Ioncell-menetelmälle ja -tuotteille on haettu noin kymmenkunta patenttia, joista osa on Helsingin yliopiston ja osa Aalto-yliopiston. Yliopistoilla on myös yhteisiä patentteja.

”Patenttisalkku alkaa olla kattava alkaen liuottimista valmistusmenetelmien kautta aina lopputuotteisiin saakka.”
Helsingin yliopisto on hyödyntänyt Seppo Laine Oy:n asiantuntemusta, kun Ioncell-tuotteille ja -menetelmille on haettu patentteja.

”Seppo Laineen patenttiasiamiehillä on osaamista rakentaa hyviä patenttihakemuksia, ja yhteistyö on ollut muutenkin erittäin sujuvaa”, Kilpeläinen sanoo.

Aiheesta kirjoitti Matti Remes