تبدیل ضایعات چوب به پوشش شفاف با یک روش جدید

محققان روشی سریع و آسان برای تبدیل لیگنین (یکی از ترکیبات شیمیایی تشکیل دهنده چوب) به نانوذرات و ساخت یک پوشش شفاف با خواص ضد مه و بخار ابداع کرده‌اند.

به گزارش تکناک، با تاکید فعلی بر اقتصاد چرخشی و تغییرات آب و هوایی، لیگنین، ماده آلی که سلول ها، الیاف و آوند های چوب را به هم متصل می کند، به عنوان یک منبع تجدیدپذیر امیدوارکننده برای جایگزینی مواد مبتنی بر فسیل شناخته شده است.

اما، در حال حاضر، این محصول جانبی در صنعت خمیر و کاغذ مورد استفاده قرار نمی گیرد و حدود 98 درصد آن برای گرمایش احتراقی یا تولید برق استفاده می شود.

یکی از موانع استفاده از لیگنین، ساختار مولکولی پیچیده آن است که تجزیه آن را دشوار می کند. اکنون، محققان دانشگاه آلتو فنلاند روشی را برای تبدیل لیگنین به یک پوشش شفاف زیستی با خواص ضد مه و بخار و ضد انعکاس ابداع کرده‌اند.

نانوذرات لیگنین (LNPs) آبدوست هستند و برای ایجاد بافت مناسب هستند، و آنها را برای کاربردهای نوری، به ویژه مواردی که به خواص ضد مه نیاز دارند، عالی می‌سازند. با این حال، مشکل در دستیابی به این کاربرد، غلبه بر کدر بودن ذرات است. این مشکل با کنترل دقیق ضخامت غشا رفع می شود.

در مطالعه حاضر، محققان به کاهش اندازه LNP ها برای غلبه بر مشکل کدر بودن پرداختند، زیرا ذرات کوچکتر کمتر ابری هستند و نور را به شیوه ای یکنواخت تر پراکنده می کنند.

الکساندر هن، نویسنده ارشد این مطالعه گفت: پوشش‌های نوری باید شفاف باشند، اما تاکنون، حتی لایه‌های ذرات لیگنین نسبتاً نازک نیز قابل مشاهده بوده‌اند. ما می‌دانستیم که ذرات کوچک کمتر کدر به نظر می‌رسند، بنابراین می‌خواستم ببینیم آیا می‌توانیم با فشار دادن اندازه ذرات به حداقل، لایه های نازکی از ذرات نامرئی بسازیم.

برای پایین آوردن اندازه ذرات، محققان لیگنین را از طریق استیلاسیون اصلاح کردند. با استفاده از اسید استیک برای هدایت واکنش که تنها 10 دقیقه در دمای نسبتاً پایین 140 درجه فارنهایت (60 درجه سانتیگراد) طول کشید این فرآیند LNP های بسیار کوچکی را در غلظت های بالا با خواص غیرمنتظره به دست آورد.

هن گفت: ذرات لیگنینی که من از لیگنین استیله ساخته‌ام، خواص نسبتاً شگفت‌انگیزی داشتند که بقیه این مطالعه را بسیار جالب کرد. برای مثال، امکان ساخت فیلم‌های فوتونیک کاملاً غافلگیرکننده بود.

اندازه کوچک ذرات محققان را قادر می سازد تا ضخامت و ظاهر لایه را کنترل کنند، از لایه های فرعی شفاف گرفته تا لایه های چند لایه، که به آنها اجازه می دهد رنگ و جذب نور را در طول موج های مختلف کنترل کنند.

آنها دریافتند که پوشش های شفاف فوق نازک پراکندگی نور ناشی از قطرات آب را کاهش می دهند و به این نتیجه رسیدند که لیگنین های استیله به عنوان یک پوشش ضد مه برای سطوح شفاف مناسب هستند. و با اعمال لایه‌های ضخیم‌تر و استفاده از فیلم‌های چندلایه، محققان توانستند رنگ پوشش را کنترل کنند و به رنگ‌های روشن زرد، آبی و بنفش دست یابند. این لایه های ضخیم تر نیز فوتونیک بودند. یعنی نور را منعکس می کردند.

محققان می گویند سرعت و سهولت واکنش استیلاسیون و بازده بالای آن به این معنی است که می توان آن را تا سطوح صنعتی افزایش داد و از مزایای اضافی لیگنین به عنوان یک مخزن کربن استفاده کرد.

مونیکا اوستربرگ، یکی از نویسندگان مربوطه این مطالعه گفت: محصولات مبتنی بر لیگنین می‌توانند از نظر تجاری ارزشمند باشند و به طور همزمان به عنوان مخزن کربن عمل کنند و به کاهش وابستگی فعلی به سوخت‌های فسیلی و کاهش انتشار دی اکسید کربن کمک کنند.

برنامه‌های کاربردی با ارزش بالا مانند این برای افزایش ارزش لیگنین مهم هستند و ما را از استفاده از لیگنین فقط به عنوان سوخت دور می‌کنند.