Stockholms universitet logo, länk till startsida

Ligninbaserat material kan ersätta fossil plast och lim

Forskare vid Stockholms universitet har utvecklat en resurseffektiv metod för att framställa nya ligninbaserade material. Dessa kan bearbetas genom uppvärmning och användas för att ersätta härdplaster och lim.

Mohammad Morsali, en av forskarna bakom studien, visar hållbarheten på det nya ligninbaserade materialet.
Foto: Mika Sipponen

Vi behöver hitta alternativ till material som kommer från fossila olje- och gasresurser. Det finns dessutom ett akut behov av att utveckla teknik för omställning till en hållbar cirkulär ekonomi. Ett exempel på detta är härdplaster. De är robusta nog för krävande tillämpningar men tyvärr är det svårt att återvinna denna typ av syntetiska plaster.

Forskare vid Stockholms universitet har nu utvecklat en resurssnål metod för att producera ett material som beter sig som härdplast, men som upparbetats termiskt (genom uppvärmning). Forskarna använde lignin, som är ett förnybart råmaterial i en katalysatorfri reaktion med en giftfri kemikalie som kommer från etylenglykol. Lignin är en biprodukt från massa- och pappersindustrin, där det främst förbränns för att användas till kemikalier och som värme. Det finns dock ett stort intresse för att använda lignin som byggsten för nya material som kan användas för att lagra koldioxid.

– Vi blev förvånade över prestandan hos de nya materialen. En viktig aspekt vi visar på i vår studie är enkelheten och materialeffektiviteten i den syntetiska processen. Jämfört med tidigare tekniker behöver vi inte kemisk modifiering eller fraktionering av ligninet utan kan helt enkelt koka det med tvärbindande reagens i en en-kärlsreaktion. Det vi lyckats producera är ett svart och plastliknande material som kan gjutas till olika former med konventionell teknik som formsprutning, säger Adrian Moreno som är en av forskarna vid Stockholms universitet bakom studien.

De nya ligninbaserade materialen kan användas flera gånger. För att testa detta mätte forskarna den mekaniska hållfastheten hos det ursprungliga materialet och jämförde med samma material som återupparbetats från ett sönderdelat prov. Resultaten visar att den mekaniska hållfastheten var jämförbar med den hos tekniska plaster och var oförändrad efter upparbetningen.

 

Från engångsbruk till återvinningsbart lim

Prov på det nya materialet
Materialets egenskaper kan skräddarsys från hårt och sprött till mjukt och segt. Foto: Mika Sipponen

Forskarna upptäckte också att materialets egenskaper kunde skräddarsys från hårt och sprött till mjukt och segt – detta genom att ändra mängden lignin som används.
– Att kunna justera materialegenskaperna innebär många möjligheter till kommersiella tillämpningar. En blandning som innehåller 50 viktprocent lignin ger ett utmärkt lim som kan användas med både hårda och mjuka material. Det är möjligt att återvinna limmet eller ta bort materialet och limma det igen vid upphettning till ”milda” temperaturer, jämförbara med de som används i köksugnar, säger Mohammad Morsali, doktorand vid Stockholms universitet och en av artikelförfattarna.

Lignin är ett naturligt ”undermaterial”, som nyligen uppmärksammats ha stor potential för avancerade material.
– Vår studie visar på de stora möjligheter som finns med lignin som råmaterial. Det nya material vi utvecklat är ett bra exempel på ett hållbart cirkulärt material. Tack vare designen med dynamiska kovalenta bindningar kan materialet bildas om och om igen genom relativt mild uppvärmning, säger Mika Sipponen, biträdande lektor och en av artikelförfattarna.

 

Ljus framtid för hållbara material

Den pågående övergången till förnybara och cirkulära material är en stor utmaning. Detta då majoriteten av de material som vi använder i vår vardag fortfarande är gjorda av fossila byggstenar.

Enligt Mika Sipponen kommer det att finnas många möjligheter att involvera studenter i forskningsprojekt inom detta område.
– Detta särskilt eftersom Stockholms universitet lanserat ett nytt masterprogram inom hållbar kemi. Samtidigt finns det spännande initiativ som Stockholms universitets centrum för cirkulära och hållbara system, SUCCeSS, som öppnar nya möjligheter för innovativ materialkemi.

Enligt honom finns det stora möjligheter i det pågående paradigmskiftet som ska fasa ut fossila material.
– Det är uppenbart att det behövs nya idéer och samarbete över discipliner för att utnyttja den verkliga potentialen hos lignin och andra hållbara material och för att småningom kunna kommersialisera dem. Denna mångfacetterade aspekt av forskningen motiverar oss att arbeta för att lösa några av de stora utmaningar som vår generation står inför, säger Mika Sipponen.

Studien publicerades den 23 november 2021 i ACS Applied Materials & Interfaces.
DOI: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c17412

Läs om SUCCeSS, Stockholm University Center for Circular and Sustainable Systems
 

Ta del av fler nyheter från Stockholms universitet
Vill du läsa mer om aktuell forskning vid Stockholms universitet hittar du våra forskningsnyheter här. Du kan även prenumerera på universitetets nyhetsbrev. Läs tidigare nummer och prenumerera här.