В исследовании, недавно опубликованном в журнале Chemical Engineering Journal, исследователи из Университета Канадзавы химически модифицировали промышленные отходы и переработали их в возможный легкий конструкционный материал. Эта разработка может увеличить экономию топлива на частном и коммерческом транспорте.
Исследователи начали с крафт-лигнина, побочного продукта обычного процесса варки целлюлозы. Бумажные фабрики обычно сжигают крафт-лигнин для выработки электроэнергии, потому что его трудно использовать ни для чего, кроме специализированных целей.
Химическая переработка крафт-лигнина в более полезный материал повысит экологическую устойчивость производства бумаги.
«Мы провели химическую модификацию полимера крафт-лигнина, известную как ацетилирование», – говорит первый автор Ласло Сабо. "Оптимизация степени ацетилирования имела решающее значение для наших исследований."
Контролируемая реакция была важна для оптимизации способности крафт-лигнина быть совместимой с другим полимером, называемым полиакрилонитрилом, и, таким образом, для получения качественных углеродных волокон, создавая инженерный композит. Если ацетилирования слишком мало или слишком много, углеродные волокна имеют низкое качество.
«Наша реакция была довольно мягкой, давая только довольно безвредный побочный продукт – ацетон – без изменения полидисперсности крафт-лигнина», – объясняет Кенджи Такахаши, соавтор. «Таким образом, мы смогли смешать крафт-лигнин с полиакрилонитрилом, чтобы получить раствор прядения для электропрядения, содержащий более совместимые полимерные сегменты, и в конечном итоге изготовить качественные углеродные волокна."
Маты исследователей из углеродного волокна содержат тонкие однородные волокна без термической обработки, ухудшающей качество волокна. Фактически, по сравнению с немодифицированным крафт-лигнином, при использовании модифицированного полимера волокнистый мат показал почти трехкратное улучшение механической прочности.
«Механические характеристики наших волокон обусловлены специально подобранной графитовой структурой материалов», – объясняет Сабо. "Этот результат обусловлен улучшенными взаимодействиями полимеров, что приводит к более выровненной полимерной сети, которая затем подвергается термической обработке."
Инженерные композиты широко используются в космических аппаратах, автомобилях, пластике, бетоне и многих других продуктах и технологиях. Когда эти исследователи минимизируют затраты на подготовку своих новых углеродных волокон, возможно, автомобили будущего станут легче, долговечнее и экономичнее.
Учитывая, что транспорт используется во всех отраслях, каждый будет экономить деньги, и каждый бизнес будет более экологически устойчивым.