Превращение лигнина, структурного «клея» растений и побочного продукта целлюлозно-бумажной промышленности, во что-то значительно более ценное является движущей силой исследовательской работы, возглавляемой Амитом Наскаром из Окриджской национальной лаборатории.
В статье, опубликованной в Green Chemistry, исследовательская группа описывает процесс, который в конечном итоге превращает побочный продукт лигнин в термопласт - полимер, который становится гибким при температуре выше определенной температуры. Исследователи добились этого путем реконструкции более крупных молекул лигнина либо путем химической реакции с формальдегидом, либо путем промывки метанолом. Благодаря этим простым химическим процессам они создали сшитый резиноподобный материал, который также можно перерабатывать как пластмассу.
«Наша работа направлена на использование лигнина в качестве устойчивого, возобновляемого сырьевого материала для синтеза термопластов, пригодных для вторичной переработки», - сказал Наскар, сотрудник отдела материаловедения и технологии лаборатории Министерства энергетики.
Вместо того, чтобы использовать почти 50 миллионов тонн побочного продукта лигнина, производимого ежегодно в качестве недорогого топлива для питания бумажных и целлюлозных заводов, этот материал можно превратить в полученный из лигнина высококачественный пластик. В то время как побочный продукт лигнин в сыром виде стоит всего несколько копеек за фунт в качестве топлива, ценность может потенциально увеличиться в 10 или более раз после преобразования..
Наскар отметил, что в более ранних работах над пластмассами на основе лигнина использовался материал, который был доступен в целлюлозной промышленности и представлял собой значительно разложившуюся версию природного лигнина, содержащегося в биомассе. Это разложение происходит при жесткой химической обработке биомассы.
«Здесь, однако, мы попытались реконструировать более крупные молекулы лигнина с помощью простой химии сшивки, а затем использовали ее в качестве заменителя жесткой фазы в рецептуре, которая ведет себя как сшитые каучуки, которые также можно перерабатывать как пластмассы», Наскар сказал.
Сшивка включает в себя создание больших молекул лигнина путем объединения более мелких молекул, где формальдегид помогает связать более мелкие единицы за счет химической связи. Наскар предвидит процесс, ведущий к более дешевым прокладкам, оконным желобам, поливным шлангам, приборным панелям, пене для автомобильных сидений и ряду других изделий, подобных пластику.
Другие авторы ORNL: Томонори Сайто, Ребекка Браун, Маркус Хант, Дина Пикель, Джозеф Пикель, Джейми Мессман, Фредерик Бейкер и Мартин Келлер. Исследование финансировалось программой лабораторных исследований и разработок.