В новом исследовании Чанг, доцент Инженерного колледжа FAMU-FSU, впервые продемонстрировал возможность использования лигнина, материала, содержащегося в стенках растительных клеток, и углекислого газа для создания нового вида полиуретана — полимера, который используется в различных областях благодаря способности регулировать температуру, гибкости при обработке и прочности в готовом виде.
Работа была опубликована в журнале ACS Sustainable Chemistry & Engineering.
«По словам Чанга, разработанный нами полимер обладает высоким качеством и требует сокращенного количества этапов, меньших затрат энергии в процессе производства, а также не содержит токсичных компонентов. Он более безопасен как для окружающей среды, так и для людей, и отличается простотой изготовления».
В обычном полиуретане применяются изоцианаты – соединения, характеризующиеся высокой реакционной способностью и представляющие опасность. Технология, разработанная Чангом, позволяет исключить их использование. Благодаря природному полимеру лигнину, исследователи получили биоразлагаемый материал из возобновляемого и недостаточно используемого ресурса, не прибегая к токсичным химическим веществам. Эта разработка сохраняет положительные качества полиуретана, одновременно устраняя его негативные стороны.
Лигнин часто считается отходом при производстве целлюлозы и бумаги, несмотря на его полезные свойства. Однако новое открытие, сделанное командой Чанга, открывает возможность создания высокоэффективных материалов на основе полиуретана, используя значительное количество бумажных отходов и улавливаемый углекислый газ. В результате получается материал, обладающий высокой прочностью и термостойкостью, при этом он растворим в специальных растворителях, что облегчает его переработку.
Благодаря лёгкости обработки этот материал обладает существенным преимуществом по сравнению с традиционными пластиками, производимыми из нефти и биомассы.
«Для нас критически важна масштабируемость, поскольку мы ведем исследования в области полимеров и непрерывно стремимся к коммерциализации и внедрению наших технологий в производство, — отметил Чанг. — Предлагаемый материал значительно легче обрабатывается по сравнению с альтернативными решениями, применяемыми для создания полиуретана. Для получения материала со свойствами не хуже, чем у существующих образцов, требуется меньше стадий реакции. Это позволяет существенно экономить энергию, что положительно сказывается как на экологической обстановке, так и на производственной эффективности».
Интерес к лигнину возник у Чанга во время обучения в аспирантуре, когда он искал возможности его использования в качестве клеящего вещества. В то время этот материал не пользовался широким вниманием. Начав свою карьеру, он продолжил исследования лигнина, поскольку тот мог открыть новые возможности в медицине, энергетике и разработке экологически чистых материалов. «Полиуретан — важный материал, — отметил Чанг. — Разработка нетоксичного способа его производства может принести пользу всему миру».
[Фото: Scott Holstein/FAMU-FSU College of Engineering]