Композиционный материал из лигнина и нейлона для аддитивного производства

Coatings Today
20.03.2019 338

Специалисты лаборатории ORNL создали состав, способствующий развитию нового прибыльного применения неперерабатываемого побочного продукта биопереработки — лигнина.

«Поиск новых возможностей для использования лигнина может повысить экономику всего процесса биопереработки», — говорит Амит Наскар из Национальной лаборатории Ок-Ридж при Министерстве энергетики, руководитель проекта, в рамках которого ученые из лаборатории ORNL создали формулу возобновляемого сырья для 3D-печати, предлагающую новое выгодное использование лигнина — материала, остающегося после обработки биомассы. Лигнин придает растениям устойчивость, а также не позволяет превратить биомассу в полезные продукты.

Состав, предложенный исследователями, сочетает в себе устойчивый к плавлению лигнин древесины твердых пород с легкоплавким нейлоном и углеродным волокном, и позволяет создать композиционный материал, который, согласно заявлениям, обладает идеальными характеристиками для экструзии, прочностью сварного шва между слоями в процессе печати, а также отличными механическими свойствами. Это весьма тонкая работа, поскольку лигнин легко обугливается. В отличие от таких широко используемых композиционных материалов, как акрилонитрилбутадиенстирол, лигнин можно нагреть только до определенной температуры для размягчения и выдавливания из сопла 3D-принтера. Продолжительное воздействие тепла значительно повышает его вязкость, что затрудняет выдавливание.

Однако когда команда специалистов ORNL объединила лигнин с нейлоном, они были приятно удивлены, обнаружив, что жесткость композита при комнатной температуре увеличилась, а вязкость в расплавленном состоянии снизилась. Фактически, композиционный материал из лигнина и нейлона показал предел прочности, сходный с одним только нейлоном, а вязкость оказалась ниже стандартных значений для акрилонитрилбутадиенстирола или ударопрочного полистирола.

Ученые провели рассеяние нейронов в высокопоточном ядерном реакторе для производства изотопов и воспользовались передовыми средствами микроскопии в Центре наноматериаловедения на базе Управления научно-исследовательских объектов при Министерстве энергетики в ORNL, чтобы изучить молекулярную структуру композиционного материала. Они пришли к следующим заключениям: По словам Наскара, сочетание лигнина и нейлона «оказало на композит почти смазывающее или пластифицирующее действие».  Его коллега Нгок Нгуен добавила: «Структурные характеристики лигнина критически важны для повышения пригодности материалов к 3D-печати».

Ученым из ORNL также удалось ввести лигнин в большем процентном соотношении (40-50 вес.%), что оказалось новым достижением в разработке печатного материала на основе лигнина. Затем в состав добавили 4-16% углеродного волокна. Новый композиционный материал легче нагревается, быстрее течет, что увеличивает скорость печати и повышает прочность изделия. Патентная заявка на новый композиционный материал находится на рассмотрении, и ведутся работы по усовершенствованию материала и поиски других способов его обработки. В команду ученых из ORNL также входили Ситске Барнс, Кристофер Бауленд, Келли Мик, Кеннет Литтрелл и Джонг Кеум. Исследования финансировались подразделением биоэнергетических технологий под руководством Управления по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии при Министерстве энергетики.

«Возможности ORNL по получению характеристик и синтезу материалов находятся на высочайшем уровне и позволяют превращать такие побочные продукты, как лигнин, в полезные компоненты, создавая тем самым новые потенциальные каналы дохода для промышленности и изобретая новые возобновляемые композиционные материалы для передового производства», — говорит Мо Халил, первый помощник директора лаборатории, занимающейся вопросами энергетики и окружающей среды. 

Лаборатория ORNL подчиняется компании UT-Battelle при Управлении по науке Министерства энергетики, являющейся самым крупным спонсором фундаментальных исследований в области естественных наук в США.

Связаться с нами

Готово, ваша заявка успешно отправлена.
Ошибка, попробуйте обновить страницу и попробовать снова.

Вам будет интересно

Противомикробное акриловое покрытие, модифицированное гуадинсодержащим олигомером
Противомикробное акриловое покрытие, модифицированное гуадинсодержащим олигомером
Исследователи описывают получение и свойства противомикробного акрилового покрытия, модифицированного гуадинсодержащим олигомером. Акриловый сополимер, содержащий эпоксигруппы,…
Coatings Today
05.01.2021
215
Влияние добавления диоксида циркония в полиуретан: улучшение свойств
Влияние добавления диоксида циркония в полиуретан: улучшение свойств
Ученые сообщают, что добавление ZrO2 позволяет увеличить прочность при растяжении, модуль Юнга, твердость, стойкость к…
Coatings Today
21.11.2021
113
Испытательный туннель буровой компании Илона Маска откроется в середине декабря
Испытательный туннель буровой компании Илона Маска откроется в середине декабря
По последней информации дочерняя буровая компания SpaceX – «The Boring Company» Илона Маска откроет свой…
Coatings Today
01.11.2018
415
Тенденции в защитных покрытиях: АВТОМОБИЛЬНАЯ ОТДЕЛКА
Тенденции в защитных покрытиях: АВТОМОБИЛЬНАЯ ОТДЕЛКА
От компании BASF Все хотят «дешевле, быстрее и проще в использовании» – некоторые тенденции в…
Coatings Today
19.11.2018
241
Порошковые покрытия CORAFLON Platinum для металлических строительных конструкций
Порошковые покрытия CORAFLON Platinum для металлических строительных конструкций
Компания PPG объявила о выпуске порошковых фторполимерных покрытий PPG CORAFLON® Platinum на основе фторэтилена и…
Coatings Today
22.06.2021
149
Женское движение вдохновляет на реконструкцию гоночной яхты
Женское движение вдохновляет на реконструкцию гоночной яхты
Амстердам – Яхта, которая дважды совершила кругосветное плавание, была спасена от забвения, восстановлена с помощью…
Coatings Today
15.01.2019
324
Термопластичный композиционный материал демонстрирует огнестойкость в электромобилях
Термопластичный композиционный материал демонстрирует огнестойкость в электромобилях
Термопластичные композиционные материалы Tepex от компании Bond-Laminates, армированные непрерывным волокном, обеспечивают огнестойкость без использования пламегасящих…
Coatings Today
15.07.2020
282
Многофункциональное покрытие на основе акрилового сополимера
Многофункциональное покрытие на основе акрилового сополимера
Ученые разработали покрытие на основе акрилового сополимера, модифицированного полидиметилсилоксаном посредством сополимеризации. Покрытие пригодно для эксплуатации…
Coatings Today
25.07.2021
138
Огнестойкость хлопчатобумажных тканей благодаря желатину
Огнестойкость хлопчатобумажных тканей благодаря желатину
Ученые описывают послойную сборку на основе желатина для повышения огнестойкости хлопчатобумажных тканей. Хлопчатобумажные ткани —…
17.02.2022
433