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.
«Мы создали высококачественный полимер, для производства которого требуется меньше этапов, энергии и в котором нет токсичных ингредиентов, — сказал Чанг. — Он безопаснее для окружающей среды и людей, а также проще в производстве».
В традиционном полиуретане используются соединения под названием изоцианаты, которые обладают высокой реакционной способностью и являются опасными. Метод Чанга позволяет полностью отказаться от них. Используя природный полимер лигнин, ученые создали биоразлагаемый материал из возобновляемого и малоиспользуемого ресурса, без применения токсичных химикатов. Это открытие сохраняет преимущества полиуретана, но устраняет его недостатки.
Хотя лигнин находит применение в современном производстве, обычно его рассматривают как побочный продукт переработки целлюлозы и бумаги. Революционное открытие команды Чанга позволяет создавать такие же высокоэффективные материалы на основе традиционных полиуретанов, но с использованием большого количества отходов бумажных фабрик и улавливаемого углекислого газа. Полученный материал такой же прочный и термостойкий, но легко исчезает в растворителях для производства.
Простота обработки даёт этому материалу значительное преимущество перед альтернативами пластику на основе нефти, получаемым из биомассы.
«Масштабируемость очень важна для нас, потому что мы занимаемся исследованиями в области полимеров и постоянно пытаемся коммерциализировать и внедрять в производство наши технологии, — сказал Чанг. — Этот материал гораздо лучше поддается обработке по сравнению с альтернативами, используемыми для воссоздания полиуретана. Мы используем гораздо меньше этапов реакции для получения материала такого же или более высокого качества. Это позволяет экономить много энергии, что хорошо как для окружающей среды, так и для эффективности».
Чанг впервые заинтересовался лигнином в аспирантуре, когда пытался найти ему применение в качестве клея. В то время этому материалу уделялось мало внимания. Начав свою карьеру, он продолжил изучать лигнин, поскольку тот мог стать прорывом в области медицины, энергетики и экологичных материалов. «Полиуретан — очень важный материал, — сказал Чанг. — Производя его новым, нетоксичным способом, мы можем помочь всему миру».
