Biopolymeren lignin är en biprodukt från papperstillverkning och en lovande råvara för tillverkning av hållbara plastmaterial. Dock, kvaliteten på denna naturligt förekommande produkt är inte lika enhetlig som för petroleumbaserad plast. En röntgenanalys utförd på DESY avslöjar för första gången hur den interna molekylstrukturen hos olika ligninprodukter är relaterad till de makroskopiska egenskaperna hos respektive material. Studien, som har publicerats i tidningen ACS Applied Polymer Materials , ger en metod för en systematisk förståelse av lignin som råvara för att möjliggöra produktion av ligninbaserad bioplast med olika egenskaper, beroende på den specifika applikationen.

Lignin är en klass av komplexa organiska polymerer och ansvarar för växternas stabilitet, stelna dem och göra dem "träiga" (d.v.s. lignifiering). Under papperstillverkningen, lignin separeras från cellulosa. Lignin bildar så kallade aromatiska föreningar, som också spelar en nyckelroll vid tillverkning av syntetiska polymerer eller plaster. "Lignin är den största källan till naturligt förekommande aromatiska föreningar, men fram till nu har det setts av pappersindustrin främst som en biprodukt eller ett bränsle, "förklarar Mats Johansson från Kungliga Tekniska Högskolan (KTH) i Stockholm, som ledde forskargruppen. "Miljoner ton av det produceras varje år, tillhandahålla en stadig ström av råmaterial för nya potentiella produkter. "

Några första tillämpningar av hård ligninbaserad plast (härdplaster) finns redan. Dock, deras egenskaper varierar ofta och fram till nu har det varit svårt att kontrollera dem specifikt. Det svenska teamet har nu belyst nanostrukturen för olika fraktioner av kommersiellt tillgängligt lignin vid DESY:s röntgenkälla PETRA III. "Det visar sig att det finns ligninfraktioner med större och mindre domäner, "rapporterar principförfattaren Marcus Jawerth, av Stockholms KTH. "Detta kan ge vissa fördelar, beroende på den specifika tillämpningen:det gör ligninet hårdare eller mjukare genom att ändra den så kallade glasövergångstemperaturen vid vilken biopolymeren antar ett visköst tillstånd. "

Bland annat, röntgenanalysen avslöjade att de typer av lignin vars centrala bensenringar är anordnade i form av ett T är särskilt stabila. "Molekylstrukturen påverkar de makroskopiska mekaniska egenskaperna, "förklarar DESY:s Stephan Roth, vem som ansvarar för P03-strållinjen vid vilken experimenten utfördes och vem var medförfattare till papperet. "Det här är första gången detta har karakteriserats." Som en naturlig produkt, lignin finns i många olika konfigurationer. Ytterligare studier behövs för att ge en systematisk översikt över hur olika parametrar påverkar lignins egenskaper. "Detta är mycket viktigt för att kunna tillverka material reproducerbart, och i synnerhet att förutsäga deras egenskaper, säger Roth, som också är professor vid KTH Stockholm. "Om du vill använda ett material industriellt, du måste förstå dess molekylära struktur och veta hur detta korrelerar med de mekaniska egenskaperna. "

Enligt Jawerth, upp till två tredjedelar av ligninet som produceras under papperstillverkningsprocessen kan omvandlas till polyestrar och fungera som utgångsmaterial för tillverkning av plast. "Tillsammans med cellulosa och kitin, lignin är en av de mest allestädes närvarande organiska föreningarna på jorden och erbjuder enorm potential för att ersätta petroleumbaserad plast, "säger forskaren." Det är alldeles för värdefullt för att helt enkelt bränna det. "