Selluloosapohjaiset nanopaperit ja niiden valmistusajan lyhentäminen sekä mekaanisten ominaisuuksien ja vedenkestävyyden parantaminen.

Muovien korvaaminen on yksi tämän hetken keskeisistä haasteista teollisuuden ja tieteen alalla, sillä riippuvuutemme muoveista on johtanut vakaviin ympäristöongelmiin ja aiheuttaa pitkällä tähtäimellä raaka-aineiden ehtymisen. Johtuen muovien hitaasta hajoamisesta suuri määrä muovijätettä ajautuu mereen tai kertyy kaatopaikoille, missä ne aiheuttavat suurta vahinkoa niin kasveille kuin eliöille. Poltettuna muovit taas vapauttavat suuren määrän kasvihuonekaasuja ja vaikuttavat näin ilmaston lämpenemiseen.

Yksi mahdollinen keino vähentää muoveista johtuvia ongelmia on korvata ne kokonaan tai osittain luonnosta peräisin olevilla materiaaleilla. Selluloosa- ja etenkin nanoselluloosapohjaiset materiaalit ovat yksi lupaavimmista materiaaleista ympäristöystävällisiksi vaihtoehdoiksi muovien korvaamiseen niiden erinomaisten ominaisuuksien, uusiutuvuuden ja biohajoavuuden ansiosta.

Selluloosapohjaiset nanopaperit ovat lujimpia tunnettuja polymeerimateriaaleja ja lähitulevaisuudessa niiden voidaan odottaa luovan perustan useille funktionaalisille materiaaleille, kuten taipuisat näytöt, älypakkaukset ja terveydenhoitotuotteet. Lisäksi niiden valmistusprosessi on vesipohjainen ja samankaltainen kuin tavallisen paperin valmistukseen käytetty teollinen prosessi. Käyttöominaisuuksiltaan ne ovat erinomaisia, sillä vaikka niiden sitkeys on parempi kuin tunnetuilla muoveilla, ovat ne silti paperin tavoin taiteltavia.

Kiehtovista ominaisuuksistaan huolimatta selluloosapohjaiset nanopaperit ovat kuitenkin vielä kaukana kaupallistamisesta ja siihen vaikuttaa pääosin kaksi tekijää. Tärkein syy on selluloosananokuitujen kuivattamisen ja näin ollen nanopaperin muodostamisen vaatima huomattavan pitkä aika. Toinen syy on niiden erittäin huono veden- ja kosteudenkestävyys.

Väitöskirjatutkimuksen päätavoitteena oli tutkia ekologisesti kestäviä ja teollisuudessa hyödynnettävissä olevia menetelmiä molempien edellä mainittujen ongelmien ratkaisemiseksi. Tutkittuja menetelmiä käyttämällä nanopaperin valmistusaikaa saatiin lyhennettyä 75 % ja valmistetut nanopaperit olivat huomattavasti veden- ja kosteudenkestävämpiä kuin verrokkinäytteet. Lisäksi menetelmät paransivat nanopaperien mekaanisia ominaisuuksia.

Tutkimuksessa käsiteltiin myös nopean kuivattamisen tärkeyttä nanoselluloosalujitteisten paperituotteiden valmistuksessa. Saadut tulokset todennäköisesti edistävät selluloosapohjaisten nanopaperien kaupallistamista ja selluloosananokuitujen hyödyntämistä esimerkiksi kartongin lujitemateriaalina.