Forskning från Washington University i St Louis kan snart leda till lättare, starkare kolfibermaterial och starkare plaster med skonsammare miljöpåverkan. Den viktigaste ingrediensen som krävs för dessa förbättringar är lignin, en förening som är nödvändig för de flesta växter men som anses vara en avfallsprodukt av industrin.

Nyckeln till att öppna upp lignins potential var att kemiskt förändra några av dess egenskaper. High Molecular Weight Esterified Linkage Lignin (HiMWELL) designades av gruppen Joshua Yuan, professor och ordförande för Department of Energy, Environmental &Chemical Engineering vid Washington University i St. Louis' McKelvey School of Engineering.

Forskningen publicerades den 11 augusti i tidskriften Matter .

Forskare visste att i kombination med polyakrylnitril (PAN) kunde det nydesignade HiMWELL-ligninet bli en föregångare till en bättre kolfiber och att det också kunde möjliggöra utvecklingen av återvinningsbar plast med bättre egenskaper.

Redan är kolfiber känt för att vara ett starkt och styvt, men ändå lätt och förstklassigt material. Den används som strukturell förstärkning i allt från tennisracketar till flygplan, och kolfiberramar minskar vikten och förbättrar säkerheten i avancerade fordon. Den har införlivats överallt som möjligt i några av de snabbaste super- och hyperbilarna.

Yuans tidigare arbete identifierade tre huvudsakliga vägspärrar för att införliva lignin i ekvationen:varken lignins kemiska struktur eller dess molekylvikt är enhetlig, vilket gör det svårt att kombinera med andra polymerer. Och den har ett stort antal OH-grupper, ett reaktivt par av syre och väte som attraherar vatten - inte idealiskt för att bygga ett styvt material som kolfiber. Dessa upptäckter inspirerade Yuan och Jinghao Li, en senior vetenskapsman vid Washington University, att designa om ligninstrukturer.

Genom att utveckla en teknik för att kemiskt förändra dessa egenskaper sa Yuan:"Vi har verkligen skapat en typ av lignin som är väldigt unik."

I kombination med PAN hade den HiMWELL-baserade kolfibern en rekord draghållfasthet och visade bättre mekaniska egenskaper än standard kolfiber. När det lades till återvinningsbara polymerblandningar förbättrade HiMWELL de mekaniska egenskaperna och förbättrade även UV-skyddet.

"Äntligen har vi en teknisk väg för lignin att användas för kolfibrer," sa Yuan. Och kanske en dag, "Du kommer att förvandla detta avfall till skalet på en bil." + Utforska vidare

Berg av avfall kan leda till ny amerikansk tillverkning, jobb