Phụ gia lignin tăng cường tính chất của sợi carbon, nhựa tái chế

Là chất polyme sinh học dồi dào thứ hai trên Trái đất, lignin đã thu hút được sự quan tâm của các nhà nghiên cứu trong nhiều năm qua như một thành phần tái tạo tiềm năng của polyme. Cải tiến gần đây nhất đến từ Đại học Washington ở St. Louis, nơi nghiên cứu liên quan đến lignin có thể dẫn đến sợi carbon nhẹ hơn, bền hơn cũng như chất dẻo ít ảnh hưởng đến môi trường hơn.

Lignin cung cấp độ cứng và cấu trúc cho các mô thực vật, nhưng cho đến gần đây, nó phần lớn được coi là chất thải công nghiệp ngoài chức năng thực vật của nó. Điều đó đang thay đổi. Trở lại năm 2016, nhà máy quy mô thương mại đầu tiên chiết xuất lignin được xây dựng ở Alberta, Canada, với mục tiêu thay thế các hóa dầu có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch. Gần đây hơn, một tập đoàn nghiên cứu ở Nhật Bản đã phát triển vật liệu composite nhiệt rắn kết hợp lignin trong các bộ phận ô tô.

Nghiên cứu tại Đại học Washington liên quan đến việc biến đổi lignin về mặt hóa học để nó có thể được sử dụng làm tiền chất cho một dạng sợi carbon nâng cao. Theo báo cáo, nó cũng có thể cho phép phát triển nhựa tái chế với các đặc tính được cải thiện. Bằng cách thay đổi một số tính chất của lignin, Joshua Yuan , giáo sư kiêm chủ nhiệm Khoa Năng lượng, Môi trường & Kỹ thuật Hóa học, và nhóm của ông đã tạo ra Lignin Liên kết Este hóa Trọng lượng Phân tử Cao (HiMWELL). Họ đã kết hợp nó với polyacrylonitrile (PAN) để tạo thành tiền chất.

Nghiên cứu trước đây của Yuan đã xác định các rào cản chính sẽ ảnh hưởng đến sự tích hợp của lignin trong loại vật liệu này:

• Sự không đồng nhất về cấu trúc hóa học của lignin và trọng lượng phân tử của nó, gây khó khăn cho việc kết hợp với các polyme khác;
• Số lượng lớn các nhóm OH của nó, một cặp phản ứng của oxy và hydro hút nước, điều này không lý tưởng để tạo ra vật liệu cứng như sợi carbon.

Để vượt qua những rào cản đó, Yuan và nhóm của ông đã thiết kế lại cấu trúc lignin. Khi kết hợp với PAN, sợi carbon dựa trên HiMWELL có độ bền kéo kỷ lục và cho thấy tính chất cơ học tốt hơn sợi carbon tiêu chuẩn, Brandie Jefferson báo cáo trên trang tin tức của trường đại học. Jefferson cho biết: “Khi được thêm vào hỗn hợp polyme có thể tái chế, HiMWELL đã cải thiện các tính chất cơ học và cũng cải thiện khả năng chống tia cực tím."

Theo Yuan, nghiên cứu này đặt nền móng cho việc sử dụng lignin trong sợi carbon, đồng thời chuyển hướng vật liệu khỏi dòng chất thải. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Cell Press Matter. Văn phòng Hiệu quả Năng lượng & Năng lượng Tái tạo và Công nghệ Năng lượng Sinh học của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã hỗ trợ công việc này.

(Theo www.plasticstoday.com)