Покрытия, изготовленные из побочных продуктов древесины, помогут сохранять чистоту стекол
Исследователи разработали способ превратить древесные отходы в прозрачную пленку на биологической основе, которую можно использовать для защиты от запотевания или антибликового покрытия на очках или окнах транспортных средств. Этот подход не только предлагает альтернативу токсичным синтетическим материалам, используемым в настоящее время, но и превращает отходы в ценный поглотитель углерода.
Исследование было опубликовано в журнале Chemical Engineering Journal и проводилось в рамках FinnCERES, ведущего центра Академии Финляндии по исследованиям в области биоэкономики материалов.
Лигнин — это обильный отход при производстве бумаги и целлюлозы, который очень трудно перерабатывать, поэтому его обычно сжигают для получения тепла. Создание наночастиц лигнина для использования в покрытиях, препятствующих запотеванию, не новая идея, но ученым еще не удалось превратить их в прозрачные пленки.
«Оптические покрытия должны быть прозрачными, но до сих пор были видны даже довольно тонкие пленки из частиц лигнина. Мы знали, что мелкие частицы кажутся менее мутными, поэтому я хотел посмотреть, смогу ли я создать невидимые пленки из частиц, увеличив размер частиц до более высокого уровня», — говорит ведущий автор исследования Александр Хенн.
Команда использовала ацетилированный лигнин и разработала улучшенный способ его этерификации с помощью реакции, которая занимает всего несколько минут и происходит при относительно низкой температуре 60°C.
«Частицы лигнина, которые я получил из ацетилированного лигнина, обладали довольно удивительными свойствами, что сделало остальную часть этого исследования очень интересной. Например, возможность создания фотонных пленок стала полной неожиданностью», — говорит Хенн.
Помимо антизапотевающих и антибликовых покрытий, новый подход позволяет также создавать цветные пленки из наночастиц лигнина. Контролируя толщину покрытия и используя многослойные пленки, команда создала материалы разных структурных цветов.
«Усилия Сахара Бабаэйпура сыграли ключевую роль в контроле фотонных свойств частиц», — говорит Хенн, добавляя, что исследователи Паула Ноусиайнен и Кристоффер Мейнандер привнесли свой опыт в области химии лигнина и фотонных явлений соответственно, помогая команде осмыслить свои результаты и эффективно их использовать.
Согласно технико-экономическому обоснованию группы, простота реакции и ее высокий выход означают, что ее можно с выгодой масштабировать до промышленного уровня. «Продукты на основе лигнина могут иметь коммерческую ценность и одновременно действовать как поглотители углерода, помогая облегчить нынешнюю зависимость от ископаемого топлива и сократить выбросы углекислого газа», — говорит профессор Моника Остерберг. «Такие приложения с высокой добавленной стоимостью важны для повышения ценности лигнина и отстранения нас от использования лигнина только в качестве топлива».
Хенн отмечает, что исследование выиграло от того, что у него были перспективы, выходящие за рамки лабораторного стола. «Командная работа сыграла важную роль в обеспечении эффективности этого исследования. Мы смогли включить в него технико-экономический анализ с помощью профессора Пекки Ойнаса и докторанта Сюзанны Форсселл», — говорит он.
