Curran (materiał)
Curran to mikrokrystaliczne włókno nanocelulozowe otrzymywane z miąższu warzyw korzeniowych . Został opracowany przez szkockich naukowców Davida Hepwortha i Erica Whale'a, przy wsparciu finansowym rządu szkockiego . Źródłami pulpy z warzyw korzeniowych wykorzystywanej do produkcji curranu są marchew , buraki cukrowe i rzepa . Jej nazwa pochodzi od curran , szkockiego gaelickiego słowa oznaczającego „marchewkę”. Materiał został opracowany jako potencjalny zamiennik włókna węglowego i jest często stosowany w kompozytach polimerowych . Ma liczne zastosowania przemysłowe i technologiczne, zwłaszcza do produkcji farb i sprzętu sportowego.
Historia
Materiał został opracowany przez szkockich naukowców zajmujących się materiałami, Davida Hepwortha i Erica Whale'a, którzy poznali się podczas studiów doktoranckich na University of Reading . Rozpoczęli badania nad włóknami celulozowymi pochodzącymi z marchwi w 2002 roku. W 2004 roku założyli Cellucomp, Ltd. w Fife dzięki funduszom szkockiej agencji rządowej Scottish Enterprise . Mieli nadzieję na opracowanie kompozytu, który mógłby zastąpić włókno węglowe . Słowo curran oznacza „marchew” w szkockim gaelickim , co jest odniesieniem do faktu, że do opracowania materiału użyto włókien celulozowych z marchwi.
.jpg)
Warzywa korzeniowe wybrano zamiast drewna czy bawełny, które są szerzej stosowane w produkcji nanowłókien, ponieważ warzywa korzeniowe rosną szybciej i są łatwiejsze w obróbce. Na wczesnym etapie rozwoju zespół Whale'a i Hepwortha kupował duże ilości marchwi w lokalnych sklepach spożywczych, znajdując w nich tanie i wygodne źródło celulozy. Zwykle kupowali jednocześnie cztery wózki sklepowe pełne marchwi, dopóki ich lokalne sklepy nie nadążały za wymaganym wolumenem i odmówiły sprzedaży większej ilości marchwi. Następnie naukowcy przeszli na zakup klasy B, która nie nadaje się dla konsumentów, bezpośrednio od rolników.
Zespół programistów zaczął później wykorzystywać wysłodki buraczane , rolniczy produkt uboczny produkcji cukru , jako źródło celulozy. Wysłodki buraczane były jeszcze szerzej dostępne niż marchew ze względu na skalę światowego przemysłu cukrowniczego. Proces ten można również zastosować do innych warzyw korzeniowych, takich jak rzepa , brukiew i pasternak .
Hepworth i Whale otrzymali dofinansowanie z Programów Ramowych Unii Europejskiej na rzecz Badań i Rozwoju Technologicznego, które wykorzystali do zatrudnienia naukowców ze Szwajcarskich Federalnych Laboratoriów Nauki o Materiałach i Technologii (EMPA). Badacze z EMPA zastosowali metodę wieloperspektywicznego wyboru aplikacji (MPAS), aby określić, czy Curran może być wydajnie produkowany i sprzedawany na dużą skalę.
Cellucomp rozpoczął produkcję włókien Curran dla producentów farb w 2013 roku i przeniósł się do nowego zakładu produkcyjnego, który pozwolił im zwiększyć produkcję z 15 do 50 ton rocznie. W 2015 roku szkocka minister ds. młodzieży i zatrudnienia kobiet Annabelle Ewing odsłoniła nowy zakład firmy Cellucomp w Glenrothes . Zgłoszono, że zakład będzie produkował 400 ton Curranu rocznie, z planami rozbudowy do 2000 ton rocznie.
Do 2015 roku Cellucomp otrzymał 1 milion funtów dotacji od rządu szkockiego, w tym Scottish Enterprise. Rozwój firmy był częścią szerszych wysiłków zmierzających do rozszerzenia biotechnologii Szkocji , zgodnie z krajowym planem biotechnologii przemysłowej tego kraju. Firma otrzymała również 3 miliony funtów finansowania od prywatnych inwestorów, takich jak Claridge, Inc. i Sofinnova .
Od 2019 roku firma planowała rozpocząć budowę obiektu na skalę komercyjną o wartości 22,6 mln euro.
Produkcja
Podczas produkcji Curranu warzywa są mechanicznie rozdrabniane, tworząc zawiesinę cząstek nanocelulozy. Nadmiar wody jest usuwany z zawiesiny i ekstrahowane jest włókno nanocelulozowe. Whale opisał przetworzone włókna jako podobne w konsystencji do Play-Doh . Włókna są następnie dalej przetwarzane poprzez łączenie ich z żywicami . Żywice używane do tworzenia biokompozytów Curran obejmują żywice epoksydowe , poliuretanowe i poliestrowe . Kompozyty Curran na bazie termoutwardzalnych polimerów są mocne i podatne na formowanie. Curran jest sprzedawany w postaci proszku, granulek lub zawiesiny do różnych zastosowań i jest zwykle sprzedawany w ilościach 15 kilogramów.
W przeciwieństwie do innych metod oddzielania włókien celulozowych od miąższu warzyw korzeniowych, produkcja curranu nie wymaga stosowania chemikaliów na bazie paliw kopalnych. Produkcja Curran nie wytwarza również lotnych związków organicznych .
Nieruchomości
Curran bazuje na mikrokrystalicznych cząsteczkach nanocelulozy , o właściwościach zbliżonych zarówno do kompozytów na bazie włókna węglowego, jak i kompozytów z włókna szklanego . Jego skład to około 80% błonnika z roślin korzeniowych i 20% oleju. Jego zawartość celulozy wynosi około 20%. Kompozyty Curran mają wytrzymałość na rozciąganie 5 gigapaskali . Curran ma 5% odkształcenie do zniszczenia i większą sztywność niż kompozyty szklane. Ze względu na swój skład zwiększa zarówno wytrzymałość, jak i lepkość produktów, do których jest dodawany. Materiał jest również biodegradowalny .
Aplikacje
Materiał ma zastosowanie w materiałach kompozytowych oraz jako dodatek wzmacniający w budownictwie, farbach i powłokach, płuczce wiertniczej , kosmetykach, papierze z recyklingu i zrównoważonych opakowaniach . Jego siła oznacza, że ma zastosowania w częściach samochodowych i lotniczych.
Farby i powłoki
Curran poprawia właściwości reologiczne cieczy, takich jak tworzywa sztuczne i farby. Zwiększa to jakość farb, a także może zapobiegać pękaniu. Curran jest bardziej przyjazny dla środowiska niż wiele innych alternatyw stosowanych w produkcji farb ze względu na niższe koszty energii związane z jego produkcją. Nie wpływa to jednak znacząco na trwałość farby, ponieważ stanowi niewielki procent wszystkich składników.
Sprzęt sportowy
W 2007 roku firma Cellucomp nawiązała współpracę z amerykańską firmą zajmującą się sprzętem sportowym E21, aby wyprodukować wędkę muchową wykonaną z Curranu. Wędka, sprzedawana jako Carrot Stix, miała jasnopomarańczowy kolor. Carrot Stix zostały wykonane w 70% z Curranu owiniętego wokół cienkiego rdzenia węglowego. Zauważono, że jest mocny i znacznie lżejszy niż wędki wyłącznie węglowe. Wędki odniosły komercyjny sukces, sprzedając ponad 500 000 sztuk. Zdobyła nagrodę „Najlepsza wędka słodkowodna” i „Best of Show” na Międzynarodowej Konwencji Allied Sportfishing Trades w 2007 roku. Cellucomp sprzedawał również podobną markę wędek o nazwie Just Cast w Wielkiej Brytanii. Po wprowadzeniu Carrot Stix planowali produkcję desek snowboardowych .
Badania EMPA wykazały, że spośród możliwych zastosowań, kaski motocyklowe i deski surfingowe były szczególnie prawdopodobnymi zastosowaniami Curran ze względu na potrzebę, aby materiały użyte do ich budowy były lekkie i mocne, i zaleciły dalszy rozwój w tej dziedzinie.
Beton
Curran został użyty do wzmocnienia betonu poprzez zwiększenie ilości hydratu krzemianu wapnia w materiale. Badania przeprowadzone na Lancaster University stworzyły beton nanokompozytowy poprzez połączenie Curran z cementem portlandzkim . Ich badanie wykazało, że beton zbrojony Curranem można wytwarzać przy użyciu mniejszych ilości cementu, co znacznie zmniejsza emisję dwutlenku węgla związaną z produkcją cementu. Curran z czasem uczynił beton bardziej odpornym na korozję, ponieważ zwiększył gęstość jego mikrostruktury. Od 2019 r. Zespół badawczy Lancaster University, kierowany przez Mohameda Saafiego, planował przeprowadzić próby betonu zbrojonego Curranem w Wielkiej Brytanii do końca 2020 r. Program Unii Europejskiej „Horyzont 2020” przyznał zespołowi Saafi 195 000 funtów na kontynuację ich badania.
Opakowania
Nanocelulozę można wykorzystać do produkcji biodegradowalnych opakowań dla przemysłu spożywczego , w tym papieru i tektury. W 2022 roku Cellucomp i Duński Instytut Technologiczny nawiązały współpracę w celu wyprodukowania zrównoważonych papierowych opakowań do żywności na bazie Curran jako alternatywy dla plastiku.
Przemysł motoryzacyjny i lotniczy
W 2009 roku Curran został wykorzystany do stworzenia części kierownicy Worldfirst, samochodu Formuły 3 wykonanego w całości z materiałów pochodzących z recyklingu i odnawialnych. Pojazd skonstruowali naukowcy z University of Warwick . Został przetestowany przez zawodowego kierowcę Aarona Steele w Brands Hatch .