Neues Material auf Holzbasis
Forscher der Universität Stockholm haben eine ressourceneffiziente Methode zur Herstellung neuer Materialien auf Holzbasis (Lignin) entwickelt, die thermisch aufbereitet werden können und als Ersatz für duroplastische Harze und Klebstoffe dienen. Duroplastische Harze bieten robuste Leistung für anspruchsvolle Anwendungen, aber leider lassen sich die synthetischen Kunststoffe nicht ohne weiteres recyceln.
Holzpellet-Herstellung (Lignin) in Vietnam – Foto © Gerhard Hofmann für Solarify
Das Stockholmer Team verwendete Lignin als erneuerbaren Rohstoff in einer katalysatorfreien Reaktion mit einer ungiftigen, aus Ethylenglykol gewonnenen Chemikalie. Lignin ist ein Nebenprodukt aus der Zellstoff- und Papierindustrie, wo es hauptsächlich zur Gewinnung von Chemikalien und Wärme verbrannt wird. Es gibt jedoch starke Bestrebungen, Lignin als Baustein für neue wertschöpfende Materialien zu verwenden, die während ihrer Lebensdauer als Kohlenstoffspeicher dienen.
„Wir waren erstaunt über die Leistungsfähigkeit der neuen Materialien, und einer der bemerkenswertesten Aspekte unserer Ergebnisse ist die Einfachheit und Materialeffizienz des Syntheseprozesses. Im Gegensatz zu früheren Beispielen müssen wir das Lignin nicht chemisch modifizieren oder fraktionieren, sondern können es einfach mit dem Vernetzer in einer Eintopfreaktion kochen“, erklärt Adrian Moreno von der Universität Stockholm und einer der Forscher hinter der Studie. Das Ergebnis ist ein schwarzes, plastikähnliches Material, das mit herkömmlichen Technologien wie dem Spritzgussverfahren in verschiedene Formen gegossen werden kann.
Die neuen Materialien auf Ligninbasis können mehrfach verwendet werden, was für Kreislaufmaterialien künftig von zentraler Bedeutung ist. Um das zu demonstrieren, haben die Forscher die mechanischen Festigkeiten sowohl des ursprünglichen als auch des aus der gebrochenen Probe wiederaufbereiteten Materials gemessen. Die mechanische Festigkeit war mit der von technischen Kunststoffen vergleichbar und blieb nach der Wiederaufbereitung unverändert.
Vom einmaligen Gebrauch zu wiederverwendbaren Klebstoffen
Die Wissenschaftler entdeckten auch, dass die Materialeigenschaften von hart und spröde bis hin zu weich und zäh angepasst werden können, indem einfach die Menge des in der Formulierung verwendeten Lignins verändert wird. „Die Möglichkeit, die Materialeigenschaften einzustellen, eröffnet viele Möglichkeiten für kommerzielle Anwendungen. Die Formulierung mit einem Ligningehalt von 50 Gewichtsprozent ist zum Beispiel ein hervorragender Klebstoff für verschiedene weiche und harte Materialien“, sagt Mohammad Morsali, Doktorand an der Universität Stockholm und einer der Autoren des Artikels. „Es ist möglich, den Klebstoff wiederherzustellen oder das Material einfach abzulösen und bei milden Temperaturen, die mit denen eines Küchenherds vergleichbar sind, wieder zu verkleben.
Lignin ist eines der Wundermaterialien der Natur, das erst in jüngster Zeit als Kandidat für fortschrittliche Werkstoffe Aufmerksamkeit erregt hat. „Dies ist ein hervorragender Beweis für die Möglichkeiten, die Lignin als wertvoller Rohstoff bietet. Das von uns entwickelte Material passt perfekt in die aktuelle Entwicklung hin zu nachhaltigen Kreislaufmaterialien. Dank seines Aufbaus aus so genannten dynamischen kovalenten Bindungen kann das Material durch relativ leichtes Erhitzen immer wieder neu gebildet werden“, erklärt Assistant Professor Mika Sipponen.
Die Forschungsarbeit wurde am 23. November 2021 in ACS Applied Materials & Interfaces veröffentlicht. Artikel lesen Katalysatorfreie Synthese von Lignin-Vitrimeren mit einstellbaren mechanischen Eigenschaften: Zirkuläre Polymere und wiederverwertbare Klebstoffe.
->Quellen:
- su.se/new-lignin-based-material-to-replace-fossil-plastics-and-adhesives
- eurekalert.org/news-releases/935938
- Originalartikel: Adrian Moreno, Mohammad Morsali and Mika H. Sipponen: Catalyst-Free Synthesis of Lignin Vitrimers with Tunable Mechanical Properties: Circular Polymers and Recoverable Adhesives, in: ACS Applied Materials & Interfaces, DOI 10.1021/acsami.1c17412 – CC BY 4.0