生物高聚物木质素是造纸的副产物,是制造可持续塑料材料的重要原料。然而,这种天然产品的质量并不像石油基塑料那样均匀。在DESY进行的x射线分析首次揭示了不同木质素产品的内部分子结构如何与各自材料的宏观特性相关。这项研究已发表在《科学》杂志上应用高分子材料,为系统地了解作为原料的木质素提供了一种方法,以允许根据具体应用生产具有不同性能的木质素基生物塑料。
木质素是一类复杂的有机聚合物,负责植物的稳定性,使它们变硬并使它们“木质化”(即木质素化)。在造纸过程中,木质素从纤维素中分离出来。木质素形成所谓的芳香族化合物,在制造合成聚合物或塑料中也起着关键作用。“木质素是天然芳香族化合物的最大来源,但到目前为止,它主要被造纸业视为副产品或燃料,”斯德哥尔摩皇家理工学院(KTH)的Mats Johansson解释说,他领导了这个研究小组。“每年生产数百万吨,为新的潜在产品提供了源源不断的原材料。”
硬木质素基塑料(热固性塑料)的一些初步应用已经存在。然而,它们的性质经常变化,直到现在还很难具体控制它们。瑞典团队现在已经在DESY的x射线源PETRA III上阐明了商用木质素不同组分的纳米结构。斯德哥尔摩KTH的主要作者Marcus Jawerth报告说:“事实证明,木质素的结构域有大有小。”“这可以提供某些优势,取决于特定的应用:它通过改变所谓的玻璃化转变温度使木质素变硬或变软,在这种温度下生物聚合物采用粘性状态。”
除此之外,x射线分析显示,那些中心苯环呈T形排列的木质素特别稳定。“分子结构影响宏观力学性能,”DESY的Stephan Roth解释说,他负责P03光束线的实验,并参与撰写了这篇论文。“这是第一次被描述出来。”作为一种天然产物,木质素有许多不同的结构。需要进一步的研究来系统地概述不同参数如何影响木质素的性质。“这是非常重要的,为了能够制造材料的可重复性,特别是预测他们的性质,”罗斯说,他也是斯德哥尔摩皇家理工学院的教授。“如果你想在工业上使用一种材料,你需要了解它的分子结构,并知道这与机械性能之间的关系。”
根据Jawerth的说法,在造纸过程中产生的多达三分之二的木质素可以转化为聚酯,并作为制造塑料的原料。这位科学家说:“与纤维素和几丁质一样,木质素是地球上最普遍的有机化合物之一,它为取代石油基塑料提供了巨大的潜力。”“它太有价值了,不能直接烧掉。”
故事来源:
材料所提供的德国电子同步加速器DESY.注:内容可能会根据风格和长度进行编辑。
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