Ричард Вул был пионером в области экологически чистой инженерии и автором первой книги, систематически описывающей химию и производство биополимеров и композитов, полученных из растений.
Хотя профессор химического машиностроения Делавэрского университета умер в 2015 году, его наследие живет не только в книге, но и в том, что он вдохновлял других.
Томас Х. Эппс, III, адъюнкт-профессор химической и биомолекулярной инженерии Томаса и Киппа Гутшалла в UD, считает, что Вул пробудил его интерес к использованию деревьев, в частности отходов целлюлозно-бумажной промышленности, в качестве источника для новых полимеров и пластиков с «настраиваемыми» термическими и текучими свойствами.
Эппс, который также является адъюнкт-профессором материаловедения и инженерии, вместе с несколькими соавторами недавно продемонстрировал дизайн полимеров на основе лигнина древесины хвойных пород с потенциальным применением в качестве альтернативы полистиролу на нефтяной основе. Эти хвойные материалы можно получить из таких источников, как сосна, кедр, ель и кипарис.
Работа задокументирована в статье в Macromolecules, журнале Американского химического общества, которая появилась 4 февраля.
«Двумя ключевыми факторами в принятии материалов на биологической основе в качестве заменителей полимеров, полученных из нефти, являются стоимость и свойства», - говорит Эппс. «Стоимость альтернатив на биологической основе должна быть такой же или меньше, а свойства должны быть такими же или лучше».
Отходы целлюлозно-бумажного производства определенно сокращают расходы - промышленность стремится избавиться от этого обильного количества отходов.
Полимеры на основе лигнина древесины хвойных пород также отличаются превосходными свойствами, демонстрируя превосходные температуры стеклования и желаемую термическую стабильность.
Это означает, что материалы попадают в «золотую середину», аналогичную полистиролу, с использованием не слишком низких температур (то есть пригодных для кипячения воды и паров низкого давления) и температур обработки, которые не слишком высока (то есть позволяет производить материалы с низким энергопотреблением и снижает деградацию полимера).
Полимеры на основе лигнина, разработанные в ходе исследования, являются компонентами вязкоупругих материалов. Как и Silly Putty, они сочетают в себе характеристики вязкой жидкости и эластичного твердого тела, предлагая некоторую «податливость» и амортизацию, сохраняя при этом свою форму. Такие материалы потенциально могут использоваться в шинах, кроссовках, прокладках, уплотнениях и уплотнительных кольцах.
Эппс отмечает, что в предыдущих попытках полимеризации биомасел на основе лигнина обычно использовались только один или два химически различных мономера. Его команда обнаружила, что, создавая многокомпонентные полимеры из смесей различных молекул на биологической основе, они могут устранить затраты на разделение, а также открыть возможность адаптировать свойства полимера.
"Разнообразие молекул, которые исходят от деревьев - не только от разных типов деревьев, но даже от одного и того же типа деревьев, выращенных в двух разных местах, - дает возможность для подхода "смешивать и сочетать" к разработка недорогих, высокоэффективных вязкоупругих материалов на биологической основе, предназначенных для конкретных целей», - говорит Эппс.
Об исследовании
Анжела Холмберг, защитившая докторскую диссертацию в январе в составе исследовательской группы Epps, внесла свой вклад в исследование, руководя разработкой и синтезом библиотеки мономеров из лигнина и жирных кислот как потенциально рентабельной и устойчивой. строительные блоки для термопластичных эластомеров и клеев, чувствительных к давлению. Холмберг выполнил большинство экспериментов для статьи и является первым автором статьи о макромолекулах.
Помимо покойного профессора Вула, Эппс цитирует бывшего доктора философии Вула. студент Джо Станционе за участие в первоначальных дискуссиях о полезности мономеров и полимеров на основе лигнина. Станционе, получивший докторскую степень в 2013 году, в настоящее время является доцентом инженерного колледжа Генри М. Роуэна в Университете Роуэна в Нью-Джерси..
Статья «Метакрилатные полимеры на основе лигнина хвойных пород с настраиваемыми термическими и вязкоупругими свойствами» была написана в соавторстве с Анджелой Л. Холмберг, Нгок А. Нгуен, Майклом Г. Караволиасом, Кейли Х. Рено, Ричардом П., Шерсть и Томас Х. Эппс, III.
Основным источником финансирования работы был грант CHE-1507010 от Национального научного фонда.