Washington State University forskare har utvecklat en miljövänlig, växtbaserat material som för första gången fungerar bättre än frigolit för isolering.

Skummet är mestadels tillverkat av nanokristaller av cellulosa, det vanligaste växtmaterialet på jorden. Forskarna utvecklade också en miljövänlig och enkel tillverkningsprocess för att göra skummet, använda vatten som lösningsmedel istället för andra skadliga lösningsmedel.

Arbetet, ledd av Amir Ameli, biträdande professor vid School of Mechanical and Materials Engineering, och Xiao Zhang, docent vid Gene and Linda School of Chemical Engineering and Bioengineering, publiceras i tidskriften Kolhydratpolymerer .

Forskare har arbetat med att utveckla en miljövänlig ersättning för polystyrenskum, eller frigolit. Det populära materialet, tillverkad av petroleum, används i allt från kaffekoppar till material för byggnation och konstruktion, transport, och förpackningsindustrin. Men, den är gjord av giftiga ingredienser, beror på petroleum, bryts inte ned naturligt, och skapar föroreningar när det brinner.

Medan andra forskare har skapat andra cellulosabaserade skum, de växtbaserade versionerna har inte presterat lika bra som frigolit. De är inte lika starka, isolera inte lika bra, och bryts ned vid högre temperaturer och i luftfuktighet. För att göra cellulosa nanokristaller, forskare använder sur hydrolys, där syra används för att klyva kemiska bindningar.

I sitt arbete, WSU-teamet skapade ett material som är tillverkat av cirka 75 procent cellulosa nanokristaller från trämassa. De tillsatte polyvinylalkohol, en annan polymer som binder till nanocellulosakristallerna och gör det resulterande skummet mer elastiskt. Materialet som de skapade innehåller en enhetlig cellstruktur som betyder att det är en bra isolator. För första gången, forskarna rapporterar, det växtbaserade materialet överträffade frigolitets isoleringsförmåga. Den är också mycket lätt och kan bära upp till 200 gånger sin vikt utan att ändra form. Det försämras bra, och att bränna det producerar inte förorenande aska.

"Vi har använt en enkel metod för att göra högpresterande, kompositskum baserade på nanokristallin cellulosa med en utmärkt kombination av värmeisoleringsförmåga och mekaniska egenskaper, " Sa Ameli. "Våra resultat visar potentialen hos förnybara material, som nanocellulosa, för högpresterande värmeisoleringsmaterial som kan bidra till energibesparingar, mindre användning av petroleumbaserade material, och minskning av negativa miljöeffekter."

"Detta är en grundläggande demonstration av potentialen hos nanokristallin cellulosa som ett viktigt industriellt material, " sade Zhang. "Detta lovande material har många önskvärda egenskaper, och att kunna överföra dessa egenskaper till en bulkskala för första gången genom detta tekniska tillvägagångssätt är mycket spännande."

Forskarna utvecklar nu formuleringar för starkare och mer hållbara material för praktiska tillämpningar. De är intresserade av att införliva lågkostnadsråvaror för att göra en kommersiellt gångbar produkt och överväga hur man kan gå från laboratorium till en verklig tillverkningsskala.