Astratto grafico. Credito:Materia (2022). DOI:10.1016/j.matt.2022.07.011
La ricerca della Washington University di St. Louis potrebbe presto portare a materiali in fibra di carbonio più leggeri e resistenti e plastiche più resistenti con un impatto ambientale più delicato. L'ingrediente principale necessario per questi miglioramenti è la lignina, un composto essenziale per la maggior parte delle piante ma considerato un prodotto di scarto dall'industria.
La chiave per aprire il potenziale della lignina era alterare chimicamente alcune delle sue proprietà. High Molecular Weight Esterified Linkage Lignin (HiMWELL) è stato progettato dal gruppo di Joshua Yuan, professore e presidente del Dipartimento di ingegneria energetica, ambientale e chimica presso la Washington University nella McKelvey School of Engineering di St. Louis.
La ricerca è stata pubblicata l'11 agosto sulla rivista Matter .
I ricercatori sapevano che, combinata con il poliacrilonitrile (PAN), la lignina HiMWELL di nuova concezione potrebbe diventare un precursore di una migliore fibra di carbonio e che potrebbe consentire anche lo sviluppo di plastiche riciclabili con proprietà migliori.
La fibra di carbonio è già nota per essere un materiale resistente e rigido, ma leggero e di alta qualità. Viene utilizzato come rinforzo strutturale in tutto, dalle racchette da tennis agli aeroplani, e i telai in fibra di carbonio riducono il peso e migliorano la sicurezza nei veicoli di fascia alta. È stato incorporato ovunque possibile in alcune delle super e hypercar più veloci.
Il precedente lavoro di Yuan ha identificato tre ostacoli principali all'incorporazione della lignina nell'equazione:né la struttura chimica della lignina né il suo peso molecolare sono uniformi, il che rende difficile la combinazione con altri polimeri. E ha un numero elevato di gruppi OH, una coppia reattiva di ossigeno e idrogeno che attira l'acqua, non l'ideale per costruire un materiale rigido come la fibra di carbonio. Queste scoperte hanno ispirato Yuan e Jinghao Li, uno scienziato senior alla Washington University, a riprogettare le strutture della lignina.
Sviluppando una tecnica per alterare chimicamente queste proprietà, Yuan ha detto:"Abbiamo davvero creato un tipo di lignina davvero unico".
Se combinata con PAN, la fibra di carbonio a base di HiMWELL aveva una resistenza alla trazione record e mostrava proprietà meccaniche migliori rispetto alla fibra di carbonio standard. Quando è stato aggiunto a miscele di polimeri riciclabili, HiMWELL ha migliorato le proprietà meccaniche e anche la protezione dai raggi UV.
"Finalmente, abbiamo un percorso tecnologico per la lignina da utilizzare per le fibre di carbonio", ha detto Yuan. E forse un giorno "Trasformerai questi rifiuti nel guscio di un'auto". + Esplora ulteriormente
