Drevný odpad bol premenený na priehľadný náter proti zahmlievaniu
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 25. 10. 2023
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Výskumníci vyvinuli rýchly a jednoduchý spôsob, ako premeniť lignín, bioprodukt na báze dreva, na nanočastice, ktoré môžu vytvoriť transparentný povlak s protizahmlievacími vlastnosťami alebo farebný antireflexný povrch. Tento objav premieňa tento hojný odpadový produkt na užitočný materiál s rôznorodým využitím, napríklad na okuliaroch a oknách vozidiel.
V súvislosti so súčasným dôrazom na obehové hospodárstvo a klimatické zmeny sa lignín, organická látka, ktorá spája bunky, vlákna a cievy v dreve, považuje za sľubný obnoviteľný zdroj, ktorý môže nahradiť materiály na báze fosílnych palív. V súčasnosti sa však tento vedľajší produkt celulózovo-papierenského priemyslu nevyužíva dostatočne, pričom približne 98 % sa využíva na vykurovanie alebo výrobu energie.
Jednou z prekážok využívania lignínu je jeho komplikovaná molekulárna štruktúra, ktorá sťažuje jeho rozklad. Fínski výskumníci z univerzity Aalto teraz vyvinuli metódu, ako premeniť lignín na transparentný náter na biologickej báze s protizahmlievacími a antireflexnými vlastnosťami.
Nanočastice lignínu sú hydrofilné a vhodné na vytváranie textúr, vďaka čomu sú ideálne pre optické aplikácie, najmä tie, ktoré vyžadujú vlastnosti proti zahmlievaniu. Problémom pri dosahovaní tohto použitia však bolo prekonanie nepriehľadnosti častíc, čo si vyžaduje presnú kontrolu hrúbky.
V súčasnej štúdii sa preto výskumníci zaoberali zmenšením veľkosti nanočastíc lignínu, aby prekonali problém nepriehľadnosti, pretože menšie častice sú menej zakalené a rovnomernejšie rozptyľujú svetlo.
„Optické nátery musia byť priehľadné, ale doteraz boli viditeľné aj pomerne tenké filmy z lignínových častíc,“ povedal Alexander Henn, hlavný autor štúdie. „Vedeli sme, že malé častice sa javia ako menej zakalené, preto som chcel zistiť, či by som mohol vytvoriť neviditeľné filmy z častíc tým, že by som ich veľkosť stlačil na minimum“.
Na stlačenie veľkosti častíc výskumníci chemicky modifikovali lignín prostredníctvom acetylácie, esterifikačnej reakcie, ktorou sa do organickej chemickej zlúčeniny zavedie acetylová funkčná skupina. Použitím kyseliny octovej na riadenie reakcie, ktorá trvala len 10 minút pri relatívne nízkej teplote 60 °C, sa týmto procesom získali ultra malé nanočastice lignínu vo vysokých koncentráciách s neočakávanými vlastnosťami.
„Častice lignínu, ktoré som vyrobil z acetylovaného lignínu, mali pomerne prekvapivé vlastnosti, vďaka čomu bol zvyšok tejto štúdie veľmi zaujímavý,“ povedal Henn. „Úplným prekvapením bola napríklad možnosť vyrábať fotonické filmy“.
Malá veľkosť častíc umožnila výskumníkom kontrolovať hrúbku a vzhľad vrstiev, od priehľadných submonovrstiev až po viacvrstvové filmy, čo im umožnilo kontrolovať farbu a absorpciu svetla pri rôznych vlnových dĺžkach.
Zistili, že ultratenké transparentné povlaky znižujú rozptyl svetla spôsobený kvapkami vody, a dospeli k záveru, že acetylované ligníny sú vhodné ako povlak proti zahmlievaniu transparentných povrchov. A nanesením hrubších vrstiev a použitím viacvrstvových filmov mohli výskumníci kontrolovať farbu povlaku, čím dosiahli jasné odtiene žltej, modrej a fialovej. Tieto hrubšie vrstvy boli aj fotonické, to znamená, že odrážali svetlo.
Výskumníci tvrdia, že rýchlosť a jednoduchosť reakcie acetylácie a jej vysoký výťažok znamenajú, že by sa mohla rozšíriť na priemyselnú úroveň, pričom ďalšou výhodou je, že lignín je pohlcovačom uhlíka.
„Produkty na báze lignínu by mohli byť komerčne cenné a zároveň by mohli fungovať ako záchytné zariadenia pre uhlík, čo by pomohlo zmierniť súčasnú závislosť od fosílnych palív a znížiť emisie oxidu uhličitého,“ uviedla Monika Österbergová, jedna z autoriek štúdie. „Takéto aplikácie s vysokou pridanou hodnotou sú dôležité pre valorizáciu lignínu a posun od používania lignínu len ako paliva“.
Štúdia bola nedávno uverejnená v magazíne Chemical Engineering Journal.
