Forskere udvikler levedygtige, miljøvenligt alternativ til Styrofoam

Washington State University forskere har udviklet en miljøvenlig, plantebaseret materiale, der for første gang fungerer bedre end Styrofoam til isolering.

Skummet er for det meste lavet af nanokrystaller af cellulose, det mest udbredte plantemateriale på jorden. Forskerne udviklede også en miljøvenlig og enkel fremstillingsproces til at fremstille skummet, bruge vand som opløsningsmiddel i stedet for andre skadelige opløsningsmidler.

Arbejdet, ledet af Amir Ameli, adjunkt ved School of Mechanical and Materials Engineering, og Xiao Zhang, lektor ved Gene and Linda School of Chemical Engineering and Bioengineering, er publiceret i tidsskriftet Kulhydrat polymerer .

Forskere har arbejdet på at udvikle en miljøvenlig erstatning for polystyrenskum, eller Styrofoam. Det populære materiale, lavet af petroleum, bruges i alt fra kaffekopper til materialer til byggeri og konstruktion, transport, og emballageindustrien. Men, det er lavet af giftige ingredienser, afhænger af olie, nedbrydes ikke naturligt, og skaber forurening, når det brænder.

Mens andre forskere har skabt andre cellulosebaserede skum, de plantebaserede versioner har ikke præsteret så godt som Styrofoam. De er ikke så stærke, Isoler ikke så godt, og nedbrydes ved højere temperaturer og luftfugtighed. For at lave cellulose nanokrystaller, forskere bruger syrehydrolyse, hvor syre bruges til at spalte kemiske bindinger.

I deres arbejde, WSU-teamet skabte et materiale, der er lavet af omkring 75 procent cellulose nanokrystaller fra træmasse. De tilføjede polyvinylalkohol, en anden polymer, der binder sig til nanocellulosekrystallerne og gør de resulterende skum mere elastiske. Materialet, de har skabt, indeholder en ensartet cellulær struktur, hvilket betyder, at det er en god isolator. For første gang, forskerne rapporterer, det plantebaserede materiale overgik Styrofoams isoleringsevner. Den er også meget let og kan støtte op til 200 gange sin vægt uden at ændre form. Det nedbrydes godt, og afbrænding af det producerer ikke forurenende aske.

"Vi har brugt en nem metode til at lave højtydende, kompositskum baseret på nanokrystallinsk cellulose med en fremragende kombination af termisk isoleringsevne og mekaniske egenskaber, " sagde Ameli. "Vores resultater viser potentialet i vedvarende materialer, såsom nanocellulose, til højtydende varmeisoleringsmaterialer, der kan bidrage til energibesparelser, mindre brug af petroleumsbaserede materialer, og reduktion af negative miljøpåvirkninger."

"Dette er en grundlæggende demonstration af potentialet af nanokrystallinsk cellulose som et vigtigt industrielt materiale, " sagde Zhang. "Dette lovende materiale har mange ønskværdige egenskaber, og at være i stand til at overføre disse egenskaber til en bulk-skala for første gang gennem denne konstruerede tilgang er meget spændende."

Forskerne udvikler nu formuleringer til stærkere og mere holdbare materialer til praktiske anvendelser. De er interesserede i at inkorporere billige råvarer for at lave et kommercielt levedygtigt produkt og overvejer, hvordan man flytter fra laboratorie til en reel produktionsskala.