Af design:Fra affald til næste generation af kulfiber

Forskning fra Washington University i St. Louis kan snart føre til lettere, stærkere kulfibermaterialer og stærkere plastik med en mildere miljøpåvirkning. Den vigtigste ingrediens, der er nødvendig for disse forbedringer, er lignin, en forbindelse, der er essentiel for de fleste planter, men som betragtes som et affaldsprodukt af industrien.

Nøglen til at åbne op for lignins potentiale var kemisk at ændre nogle af dets egenskaber. High Molecular Weight Esterified Linkage Lignin (HiMWELL) er designet af gruppen af ​​Joshua Yuan, professor og formand for Department of Energy, Environmental &Chemical Engineering ved Washington University i St. Louis' McKelvey School of Engineering.

Forskningen blev offentliggjort 11. august i tidsskriftet Matter .

Forskere vidste, at den nydesignede HiMWELL-lignin kombineret med polyacrylonitril (PAN) kunne blive en forløber for en bedre kulfiber, og at den også kunne muliggøre udviklingen af ​​genanvendelig plast med bedre egenskaber.

I forvejen er kulfiber kendt for at være et stærkt og stift, men alligevel let-og premium-materiale. Den bruges som strukturel forstærkning i alt fra tennisketchere til fly, og kulfiberrammer reducerer vægten og forbedrer sikkerheden i avancerede køretøjer. Den er blevet indbygget overalt, hvor det er muligt i nogle af de hurtigste super- og hyperbiler.

Yuans tidligere arbejde identificerede tre hovedvejspærringer for at inkorporere lignin i ligningen:hverken lignins kemiske struktur eller dets molekylvægt er ensartet, hvilket gør det vanskeligt at kombinere med andre polymerer. Og det har et stort antal OH-grupper, en reaktiv parring af oxygen og brint, der tiltrækker vand - ikke ideel til at bygge et stift materiale som kulfiber. Disse opdagelser inspirerede Yuan og Jinghao Li, en senior videnskabsmand ved Washington University, til at redesigne ligninstrukturer.

Ved at udvikle en teknik til kemisk at ændre disse egenskaber sagde Yuan:"Vi har virkelig skabt en type lignin, der er meget unik."

Kombineret med PAN havde den HiMWELL-baserede kulfiber en rekord trækstyrke og viste bedre mekaniske egenskaber end standard kulfiber. Da det blev tilføjet til genanvendelige polymerblandinger, forbedrede HiMWELL de mekaniske egenskaber og forbedrede også UV-beskyttelse.

"Endelig har vi en teknologisk vej for lignin, der skal bruges til kulfibre," sagde Yuan. Og måske en dag, "Du vil forvandle dette affald til skallen på en bil." + Udforsk yderligere

Bjerge af affald kan føre til ny amerikansk produktion, job