Het biopolymeer lignine is een bijproduct van de papierproductie en een veelbelovende grondstof voor de productie van duurzame plastic materialen. Echter, de kwaliteit van dit natuurlijk voorkomende product is niet zo uniform als die van op aardolie gebaseerde kunststoffen. Een röntgenanalyse uitgevoerd bij DESY onthult voor het eerst hoe de interne moleculaire structuur van verschillende lignineproducten verband houdt met de macroscopische eigenschappen van de respectieve materialen. De studie, die is gepubliceerd in het tijdschrift ACS toegepaste polymeermaterialen , biedt een aanpak voor een systematisch begrip van lignine als grondstof om de productie van op lignine gebaseerde bioplastics met verschillende eigenschappen mogelijk te maken, afhankelijk van de specifieke toepassing.

Lignine is een klasse van complexe organische polymeren en verantwoordelijk voor de stabiliteit van planten, ze verstijven en "houtachtig" maken (d.w.z. verhouting). Tijdens de papierproductie, lignine wordt gescheiden van cellulose. Lignine vormt zogenaamde aromatische verbindingen, die ook een sleutelrol spelen bij de productie van synthetische polymeren of kunststoffen. "Lignine is de grootste bron van natuurlijk voorkomende aromatische verbindingen, maar tot nu toe werd het door de papierindustrie vooral gezien als een bijproduct of een brandstof, " legt Mats Johansson van het Royal Institute of Technology (KTH) in Stockholm uit, die het onderzoeksteam leidde. "Jaarlijks worden er miljoenen tonnen geproduceerd, zorgen voor een gestage stroom van grondstoffen voor nieuwe potentiële producten."

Er bestaan ​​al enkele eerste toepassingen van harde kunststoffen op basis van lignine (thermosets). Echter, hun eigenschappen variëren vaak en tot nu toe was het moeilijk om ze specifiek te beheersen. Het Zweedse team heeft nu licht geworpen op de nanostructuur van verschillende fracties van commercieel verkrijgbare lignine in DESY's röntgenbron PETRA III. "Het blijkt dat er ligninefracties zijn met grotere en kleinere domeinen, " meldt de hoofdauteur Marcus Jawerth, van de KTH van Stockholm. “Dit kan bepaalde voordelen bieden, afhankelijk van de specifieke toepassing:het maakt de lignine harder of zachter door de zogenaamde glasovergangstemperatuur te veranderen waarbij het biopolymeer een viskeuze toestand aanneemt."

Onder andere, uit de röntgenanalyse bleek dat die soorten lignine waarvan de centrale benzeenringen in de vorm van een T zijn gerangschikt, bijzonder stabiel zijn. "De moleculaire structuur beïnvloedt de macroscopische mechanische eigenschappen, " legt Stephan Roth van DESY uit, wie verantwoordelijk is voor de P03-bundellijn waarop de experimenten werden uitgevoerd en die co-auteur was van het artikel. "Dit is de eerste keer dat dit wordt gekarakteriseerd." Als natuurproduct, lignine is er in tal van verschillende configuraties. Verdere studies zijn nodig om een ​​systematisch overzicht te geven van hoe verschillende parameters de eigenschappen van de lignine beïnvloeden. "Dit is heel belangrijk om materialen reproduceerbaar te kunnen maken, en in het bijzonder om hun eigenschappen te voorspellen, " zegt Roth, die ook professor is aan KTH Stockholm. "Als je een materiaal industrieel wilt gebruiken, je moet de moleculaire structuur begrijpen en weten hoe dit verband houdt met de mechanische eigenschappen."

Volgens Jawerth, tot twee derde van de lignine die tijdens het papierproductieproces wordt geproduceerd, kan worden omgezet in polyesters en dienen als uitgangsmateriaal voor het maken van kunststoffen. "Samen met cellulose en chitine, lignine is een van de meest voorkomende organische verbindingen op aarde en biedt een enorm potentieel voor het vervangen van op aardolie gebaseerde kunststoffen, "zegt de wetenschapper. "Het is veel te waardevol om het gewoon te verbranden."