Предыстория: Производство бумаги из дерева - это целлюлоза. Содержащийся в нем лигнин до сих пор в основном не использовался - до 98 процентов количества, вырабатываемого при производстве бумаги, используется для выработки энергии. Во времена ограниченных ископаемых ресурсов и увеличения выбросов CO2, это почти пустая трата. Потому что сегодня важно использовать больше биомассы в качестве альтернативы сырью на нефтяной основе. В рамках исследовательского проекта, финансируемого ЕС, Fraunhofer LBF разработал новое применение лигнина для производства бумаги: ученые химически связывают фосфор с лигнином и теперь могут использовать его в качестве антипирена для пластмасс.
Замените пластмассы на нефтяной основе лигнином
Как макромолекулы, лигнины в основном ответственны за прочность древесных растений. Они производятся в больших количествах как побочный продукт при производстве бумаги, но не стоит упоминать о материальном использовании. В настоящее время лигнин практически полностью сжигается, чтобы удовлетворить энергетические потребности бумажных комбинатов. Целью многочисленных исследовательских работ является использование лигнина в пластмассовых изделиях для частичной замены пластиков на нефтяной основе или для введения функциональных возможностей.
Картинная галерея
Как пластичная добавка, лигнин обладает способностью уменьшать воспламеняемость пластмасс. Этот эффект может усиливаться, если фосфорсодержащие соединения присутствуют одновременно. Однако эти знания еще не использовались в технических приложениях, потому что эффект огнестойкости в большинстве случаев слишком мал. Из-за его несовместимости с большинством пластиков добавление лигнина также снижает механические свойства.
Ученые синтезируют фосфорилированный лигнин
Чтобы приблизить лигнин в качестве антипирена к промышленному использованию, Fraunhofer LBF разработал новые результаты. Одной из причин недостаточного огнезащитного действия лигнина в сочетании с фосфорсодержащими соединениями является тот факт, что два компонента пространственно отделены друг от друга в пластике, что предотвращает их взаимное влияние. «Мы смогли решить эту проблему путем химического связывания люминофора с лигнином. Мы разработали химическую модификацию таким образом, чтобы она также подходила для последующей реализации в промышленном масштабе », - объясняет доктор. Роланд Кляйн, руководитель группы разработки интерфейсов в Fraunhofer LBF.
После разработки процесса в лабораторном масштабе ученые синтезировали фосфорилированный лигнин в собственной лаборатории килограмма института. Это позволило Fraunhofer LBF предоставить партнерам проекта большие объемы материала для дальнейшей обработки различными пластиками. Например, огневые испытания, проведенные в Университете Лилля на калориметре потери массы, показали меньшее тепловыделение в пластмассах, которые содержали лигнин, фосфорилированный Fraunhofer LBF, по сравнению с теми, которые содержали чистый лигнин.
Морфологические исследования полипропиленовых соединений с чистым и фосфорилированным лигнином показали, что лигнин присутствовал в крупных, неравномерно распределенных агломератах из-за несовместимости. Это также уменьшило предел прочности материалов. «Благодаря дальнейшей химической модификации лигнина, гидрофобизации, мы смогли улучшить его совместимость с полипропиленом. Это было видно из более тонкой морфологии и улучшенных механических свойств », - сказал Кляйн.
Новые рынки с добавленной стоимостью для бумажной промышленности
Благодаря результатам исследовательского проекта производители пластмассовых изделий, для которых важна противопожарная защита, теперь могут производить экологически чистые продукты. Это относится, например, к электрооборудованию или общественному транспорту. Бумажная промышленность может открыть новые рынки с добавленной стоимостью для побочного продукта, который в настоящее время используется для рекуперации энергии. «Определение новых применений для отходов, производимых из возобновляемого сырья, является социально значимым. Мы можем использовать его для сохранения ископаемых ресурсов, не конкурируя с производством продуктов питания », - подчеркивает Кляйн. (Ага)