Vom Abfall zur Kohlenstofffaser der nächsten Generation

Neues chemisch entwickeltes Lignin führt zu stärkeren, leichteren Kohlenstofffasern und besseren recycelten Kunststoffen

22.08.2022 - USA

Forschungsarbeiten der Washington University in St. Louis könnten schon bald zu leichteren, stärkeren Kohlefasermaterialien und stärkeren Kunststoffen mit geringeren Umweltauswirkungen führen. Der Hauptbestandteil, der für diese Verbesserungen notwendig ist, ist Lignin, eine Verbindung, die für die meisten Pflanzen unerlässlich ist, von der Industrie jedoch als Abfallprodukt betrachtet wird.

Der Schlüssel zur Erschließung des Potenzials von Lignin war die chemische Veränderung einiger seiner Eigenschaften. High Molecular Weight Esterified Linkage Lignin (HiMWELL) wurde von der Gruppe von Joshua Yuan, Professor und Vorsitzender der Abteilung für Energie-, Umwelt- und Chemietechnik an der McKelvey School of Engineering der Washington University in St. Louis, entwickelt.

Die Forschungsergebnisse wurden am 11. August in der Zeitschrift Matter veröffentlicht .

Nachhaltige Materialien aus Abfällen

Forscher berichten über eine Niederdruckmethode zur Umwandlung industriell verarbeiteter Biomasse in Kunststoffe und Chemikalien

News lesen

Die Forscher wussten, dass das neu entwickelte HiMWELL-Lignin in Kombination mit Polyacrylnitril (PAN) ein Vorläufer für eine bessere Kohlenstofffaser sein könnte und dass es auch die Entwicklung von recycelbaren Kunststoffen mit besseren Eigenschaften ermöglichen könnte.

Kohlenstofffasern sind bereits dafür bekannt, dass sie ein starkes und steifes, aber dennoch leichtes - und hochwertiges - Material sind. Es wird als strukturelle Verstärkung in allen möglichen Bereichen eingesetzt, von Tennisschlägern bis hin zu Flugzeugen, und Kohlefaserrahmen reduzieren das Gewicht und verbessern die Sicherheit in hochwertigen Fahrzeugen. In einigen der schnellsten Super- und Hypercars wurde es bereits an allen möglichen Stellen eingesetzt.

Yuan hat in seinen früheren Arbeiten drei Haupthindernisse für den Einsatz von Lignin ausgemacht: Weder die chemische Struktur noch das Molekulargewicht von Lignin sind einheitlich, so dass es sich nur schwer mit anderen Polymeren kombinieren lässt. Außerdem weist es eine hohe Anzahl von OH-Gruppen auf, eine reaktive Verbindung von Sauerstoff und Wasserstoff, die Wasser anzieht - nicht gerade ideal für den Aufbau eines starren Materials wie Kohlenstofffasern. Diese Entdeckungen inspirierten Yuan und Jinghao Li, einen leitenden Wissenschaftler an der Universität Washington, dazu, die Ligninstrukturen neu zu gestalten.

Durch die Entwicklung einer Technik, mit der diese Eigenschaften chemisch verändert werden können, so Yuan, "haben wir wirklich eine Art von Lignin geschaffen, die sehr einzigartig ist".

In Kombination mit PAN wies die HiMWELL-basierte Kohlenstofffaser eine Rekordzugfestigkeit auf und zeigte bessere mechanische Eigenschaften als herkömmliche Kohlenstofffasern. Als HiMWELL zu recycelbaren Polymermischungen hinzugefügt wurde, verbesserte es die mechanischen Eigenschaften und den UV-Schutz.

"Endlich haben wir einen technologischen Weg für die Verwendung von Lignin für Kohlenstofffasern gefunden", so Yuan. Und vielleicht wird aus diesem Abfall eines Tages die Hülle eines Autos".

Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.