Plastik fra træ? Røntgenanalyse viser vej til ligninbaserede komponenter fremstillet efter mål

Biopolymeren lignin er et biprodukt fra papirfremstilling og et lovende råmateriale til fremstilling af bæredygtige plastmaterialer. Imidlertid, kvaliteten af ​​dette naturligt forekommende produkt er ikke så ensartet som af oliebaseret plast. En røntgenanalyse udført hos DESY afslører for første gang, hvordan den interne molekylære struktur af forskellige ligninprodukter hænger sammen med de respektive materialers makroskopiske egenskaber. Studiet, som er publiceret i tidsskriftet ACS anvendte polymermaterialer , giver en tilgang til en systematisk forståelse af lignin som et råmateriale for at muliggøre produktion af lignin-baseret bioplast med forskellige egenskaber, afhængig af den specifikke applikation.

Lignin er en klasse af komplekse organiske polymerer og ansvarlig for planternes stabilitet, at stivne dem og gøre dem "træagtige" (dvs. lignificering). Under papirproduktion, lignin adskilles fra cellulose. Lignin danner såkaldte aromatiske forbindelser, som også spiller en nøglerolle i fremstillingen af ​​syntetiske polymerer eller plast. "Lignin er den største kilde til naturligt forekommende aromatiske forbindelser, men indtil nu har papirindustrien primært set det som et biprodukt eller et brændstof, " forklarer Mats Johansson fra Kungliga Tekniska Högskolan (KTH) i Stockholm, der ledede forskerholdet. "Millioner af tons af det produceres hvert år, giver en konstant strøm af råmateriale til nye potentielle produkter."

Nogle første anvendelser af hård lignin-baseret plast (termoset) findes allerede. Imidlertid, deres egenskaber varierer ofte, og indtil nu har det været svært at kontrollere dem specifikt. Det svenske team har nu kastet lys over nanostrukturen af ​​forskellige fraktioner af kommercielt tilgængelig lignin på DESYs røntgenkilde PETRA III. "Det viser sig, at der er ligninfraktioner med større og mindre domæner, " rapporterer hovedforfatteren Marcus Jawerth, fra Stockholms KTH. "Dette kan give visse fordele, afhængigt af den særlige anvendelse:det gør ligninet hårdere eller blødere ved at ændre den såkaldte glasovergangstemperatur, ved hvilken biopolymeren indtager en viskøs tilstand."

Blandt andet, røntgenanalysen viste, at de typer lignin, hvis centrale benzenringe er arrangeret i form af et T, er særligt stabile. "Den molekylære struktur påvirker de makroskopiske mekaniske egenskaber, " forklarer DESYs Stephan Roth, hvem er ansvarlig for P03-strålelinjen, hvor eksperimenterne blev udført, og hvem der var medforfatter til papiret. "Det er første gang, dette er blevet karakteriseret." Som et naturprodukt, lignin kommer i mange forskellige konfigurationer. Yderligere undersøgelser er nødvendige for at give et systematisk overblik over, hvordan forskellige parametre påvirker ligninets egenskaber. "Dette er meget vigtigt for at kunne fremstille materialer reproducerbart, og især at forudsige deres egenskaber, " siger Roth, som også er professor ved KTH Stockholm. "Hvis du vil bruge et materiale industrielt, du skal forstå dens molekylære struktur og vide, hvordan dette er korreleret med de mekaniske egenskaber."

Ifølge Jawerth, op til to tredjedele af den lignin, der produceres under papirproduktionsprocessen, kan omdannes til polyestere og tjene som udgangsmateriale til fremstilling af plast. "Sammen med cellulose og kitin, lignin er en af ​​de mest allestedsnærværende organiske forbindelser på Jorden og tilbyder et enormt potentiale til at erstatte oliebaseret plast, " siger videnskabsmanden. "Det er alt for værdifuldt blot at brænde det."