Of je nu een cadeau inpakt of een wond verbindt, u vertrouwt op een lijm om de klus te klaren.

Deze kleverige stoffen zijn vaak gemaakt van van aardolie afgeleide materialen, maar wat als er een duurzamere manier was om ze te maken? Nutsvoorzieningen, een team van ingenieurs aan de Universiteit van Delaware heeft een nieuw proces ontwikkeld om tape te maken van een belangrijk bestanddeel van bomen en planten, lignine genaamd, een stof die papierfabrikanten doorgaans weggooien. Bovendien, hun uitvinding presteert net zo goed als ten minste twee in de handel verkrijgbare producten.

De onderzoekers hebben hun resultaten onlangs beschreven in: ACS Centrale Wetenschap , en ze werken aan meer manieren om sloophout en planten te upcyclen tot "designermaterialen" voor consumentengebruik.

Kleverige wetenschap

Lignine is een hernieuwbare hulpbron, een stof in bomen die hen sterk maakt. Maar je hoeft geen bomen te kappen om het te krijgen, omdat er genoeg rondslingert. Wanneer pulp- en papierfabrikanten hout verwerken, de lignine blijft achter en wordt meestal weggegooid op stortplaatsen of verbrand voor warmte. Sommige bedrijven zijn zelfs bereid om een ​​gratis dumptruck vol met de spullen af ​​te leveren, omdat dat goedkoper is dan het op een stortplaats te gooien. Een goedkope, overvloedig en duurzaam materiaal, lignine biedt een uitstekende gelegenheid voor wat wetenschappelijk geavanceerde upcycling.

Lignine is ook een natuurlijk polymeer, een materiaal gemaakt van zeer grote moleculen samengesteld uit kleinere subeenheden die monomeren worden genoemd. Lignine deelt enkele structurele en materiaaleigenschapsovereenkomsten met van aardolie afgeleide polymeren, zoals polystyreen en polymethylmethacrylaat, die vaak worden gebruikt in lijmen en andere consumentenproducten, van verpakkingsmateriaal tot bekers.

"Een van de gedachten die we altijd hebben gehad is:kunnen we lignine nemen en bruikbare producten maken, en in dit geval bruikbare polymeren uit?" zei Thomas H. Epps, III, de Thomas en Kipp Gutshall hoogleraar chemische en biomoleculaire engineering, Hoogleraar Materials Science and Engineering aan de UD, en de corresponderende auteur van het nieuwe artikel. Vooral, Epps vermoedde dat lignine zou kunnen worden gebruikt om lijmen van vergelijkbare sterkte te maken, taaiheid, en krasvastheid tegen de op petroleum gebaseerde versies.

Duct tape, geel multifunctioneel en papieren lint voor schilder.

Voordat de lignine kon worden omgezet in een product, het werd uitgesplitst door onderzoekers van het Catalysis Center for Energy Innovation (CCEI), een multi-institutioneel onderzoekscentrum aan de UD, opgericht door een subsidie ​​van het Amerikaanse ministerie van Energie.

Dionisios Vlachos, directeur van CCEI en het Delaware Energy Institute, is een internationale expert in katalyse, processen die chemische reacties versnellen. Bijna een decennium lang, Vlachos en zijn team hebben methoden geperfectioneerd om sommige houten componenten af ​​te breken, cellulose en hemicellulose, tot bruikbare producten. Ze willen hernieuwbare producten maken die beter zijn voor het milieu, met ongeëvenaarde prestaties. Echter, in vergelijking met andere houtcomponenten, lignine vormt een grotere uitdaging.

"Lignine is erg moeilijk, een vast deel van de biomassa dat het moeilijkst af te breken is, "zei Vlachos. "Het ontwikkelen van een katalysator en een proces om deze moleculen daadwerkelijk te kraken is moeilijk."

Met behulp van een in de handel verkrijgbaar katalysatormateriaal, Vlachos en zijn collega's ontwikkelden een milde, proces bij lage temperatuur dat de lignine in kleine, moleculaire fragmenten - een proces dat depolymerisatie wordt genoemd.

Vervolgens, Epps gebruikte die materialen om nieuwe materialen te synthetiseren, hun eigenschappen aanpassen voor gebruik in drukgevoelige kleefstoffen, materialen die bij contact blijven plakken.

"We beginnen met een biopolymeer, en we eindigen met een ander polymeer, ' zei Vlachos.

"We kunnen dezelfde scheiding gebruiken, zuivering, polymerisatie, en karakteriseringsmethoden om deze materialen te maken zoals men kan gebruiken om de huidige commerciële, en op aardolie gebaseerde, analogen, "zei Epps. "Maar we kunnen betere eigendommen krijgen, en we kunnen een veel groenere bron gebruiken."

Met behulp van mechanische tests om hechting en kleverigheid te bepalen, de onderzoekers ontdekten dat hun tape vergelijkbaar was met Fisherbrand-labeltape en Scotch Magic Tape.

"We verwachtten dat het concurrerend zou zijn, omdat we wisten dat als we goed gedefinieerde polymeren konden vormen, we kunnen ze zo ontwerpen dat ze vergelijkbare prestaties hebben, " zei Epps. "Wat we een beetje verrassend en interessant vonden, is dat onze materialen vergelijkbare prestaties leverden als Scotch-tape en Fisherbrand-tape zonder enige aanvullende formulering of andere additieven die doorgaans worden gebruikt in commerciële materialen om hun prestaties te verbeteren."

Veel tapes hebben tackifiers toegevoegd, stoffen die de hechting verhogen, maar ook de levensduur van materialen kunnen verkorten.

Van het laboratorium naar je huis

Het onderzoeksteam gebruikte lignine afkomstig van populierenhout, maar ze zijn van plan het potentieel van andere houtsoorten en andere planten met een hoog ligninegehalte te verkennen, zoals switchgrass.

"Laten we zeggen dat we veranderen in een berkenboom, eikenboom of pijnboom, kunnen we dezelfde designermaterialen maken, maar met iets andere eigenschappen?" zei Epps. Misschien kunnen de materialen worden omgekeerd om verschillende niveaus van plakkerigheid te hebben, producten van ducttape tot elektrische tape tot schilderstape tot verband tot plaknotities en meer.

"Als ik iets nodig heb dat een beetje plakkerig is, Ik zou daarvoor een iets andere boom kunnen gebruiken, " zei Epps. "Als ik iets wil dat minder plakkerig is en minder residu achterlaat, Ik zou een andere boom kunnen gebruiken. Er is veel kans om biodiversiteit te gebruiken om het eindproduct te finetunen."

De toepassingen kunnen ook verder gaan dan tapes en zaken als elastiekjes, o-ringen, pakkingen en afdichtingen, of zelfs autobanden.

Het team wil ook hun processen verder ontwikkelen, zodat ze meer van de lignine kunnen afbreken en hun processen kunnen optimaliseren. Ze zijn van plan om aanvullende tests uit te voeren om de eigenschappen van hun nieuwe materialen te karakteriseren.

Vlachos ziet hier een enorm economisch potentieel.

"Dit zou de papierindustrie kunnen verjongen, omdat bedrijven op een dag de lignine kunnen verkopen aan lijmfabrikanten, "zei hij. "Of, ze zouden de eerste verwerkingsronde ter plaatse kunnen doen en de moleculen vervolgens aan andere bedrijven kunnen verkopen."

Het onderzoeksteam heeft op dit werk een voorlopig patent aangevraagd.

Samenwerking op zijn best

Dit onderzoek illustreert de kracht van samenwerking tussen UD-ingenieurs.

"Het omvat alles, van katalysatorontwerp tot gestroomlijnde scheidingen tot synthese en karakterisering van hoogwaardige materialen, "zei Epps. "Het dekt het hele scala van wat een chemisch ingenieur doet."