Доцент инженерного колледжа FAMU-FSU Хо Ён Чанг впервые продемонстрировал возможность использования лигнина — материала, который содержится в клеточных стенках растений, и углекислого газа для создания нового вида полиуретана — полимера, применяемого в различных областях благодаря его способности регулировать тепло, гибкости при обработке и прочности в готовом виде.
Работа опубликована в издании ACS Sustainable Chemistry & Engineering.
«Мы создали высококачественный полимер, используя меньше шагов, меньше энергии и без токсичных ингредиентов», — сказал Чанг. «Это лучше для окружающей среды, для людей и проще в производстве».
Традиционный полиуретан основан на соединениях, называемых изоцианатами, которые обладают высокой реактивностью и опасны. Метод Чанга полностью исключает их использование.
Используя природный полимер лигнин, они создали материал, который является биоразлагаемым, изготовлен из возобновляемого и малоиспользуемого ресурса и не содержит токсичных химикатов. Их открытие сохраняет преимущества полиуретана, но избегает его недостатков.
Хотя лигнин и находит некоторое применение в современном производстве, обычно его рассматривают как побочный продукт целлюлозно-бумажной промышленности.
Прорыв в команде Чанга позволяет создавать те же высокоэффективные материалы, что и в традиционных полиуретанах, но при этом использовать обильные отходы бумажных фабрик и улавливаемый углекислый газ. Полученный материал так же прочен и термостоек, как и обычные версии, но легко растворяется в растворителях для производства.
Способность к лёгкой обработке даёт этому материалу значительное преимущество перед другими альтернативами на основе биомассы, которые используются вместо пластиков на основе нефти.
«Масштабируемость для нас очень важна, потому что мы — группа, занимающаяся наукой о полимерах, и мы всегда пытаемся масштабировать и коммерциализировать, внедрять в промышленность наши исследовательские технологии», — сказал Чанг.
«Этот процесс обладает гораздо лучшей перерабатываемостью по сравнению с другими альтернативами, используемыми для воссоздания полиуретана. Мы используем гораздо меньше стадий реакции для производства того же качества или более высокого качества материала. Это экономит много энергии, что хорошо для окружающей среды, затрат и эффективности. Мы тратим меньше денег на производство того же или более высокого качества полиуретана», — добавил он.
Предыдущие исследования Чанга были посвящены изучению возможностей использования лигнина для производства других видов экологически чистых пластиков. В работе, опубликованной в 2024 году, он показал возможность использования лигнина для создания поликарбоната — материала из другого семейства полимеров.
Это исследование расширяет возможности использования лигнина, сосредоточив внимание на полиуретане. Гибкость и эластичность полимера означают, что он более широко используется, чем поликарбонат.
Чанг впервые заинтересовался лигнином ещё в аспирантуре, когда пытался разработать его для использования в качестве клея. В то время исследования этого материала были ограничены. Когда он начал свою карьеру, он продолжил заниматься им, потому что это давало возможность совершить прорыв в медицинских применениях, энергетике и устойчивых материалах.
«Полиуретан — очень важный материал, — сказал Чанг. — Производя его новым и нетоксичным методом, мы можем помочь миру».
Предоставлено университетом штата Флорида.