美國橡樹嶺國家實驗室成功將一剛一柔的木質(zhì)素和橡膠復合制成可再生的熱塑性聚合物，其性能優(yōu)異，可用于汽車制造業(yè)及其他消費品制造業(yè)。該材料有望緩解消費品市場對石化產(chǎn)品的依賴。
美國能源部橡樹嶺國家實驗室的一支科研團隊研制出了一種塑造性強的熱塑性聚合物，該聚合物材料的50%組分為可再生的生物質(zhì)。這類材料可以替代當前眾多消費品生產(chǎn)中所使用的聚合物，可用在諸如汽車保險杠、廚房用具甚至是樂高積木等產(chǎn)品中。這為生產(chǎn)更加清潔和廉價的原材料提供了可能，同時也降低了傳統(tǒng)聚合物對石化產(chǎn)品的依賴性。
這種新型丙烯腈-丁二烯-木質(zhì)素(ABL)聚合物，具有質(zhì)輕、高強、高韌的性質(zhì)。其中木質(zhì)素是一種堅硬但脆性大的高分子，用于物細胞壁的形成，在ABL中起到了替代傳統(tǒng)的ABS塑料中苯乙烯組分的作用。這種熱塑性彈性體是基于一種無溶劑的生產(chǎn)工藝，將納米級的木質(zhì)素分散在丁腈橡膠基體中，兩者相互作用，制成的材料可熔可塑，更韌更強，其中剛性的木質(zhì)素可以起到抵抗變形和增加剛度的作用。這種材料能夠循環(huán)利用，在經(jīng)過許多次熔融塑化后，仍然保持原有的性能。
Amit Naskar說：“我們完全可以叫它綠色產(chǎn)品，因為它50%的組分是可再生的，而實現(xiàn)它商業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)將能夠減少對石化產(chǎn)品的需求。”
該研究成果發(fā)表在了期刊Advanced Functional Materials上，其研究目的是發(fā)展基于木質(zhì)素的高價值產(chǎn)品。然而，由于木質(zhì)素脆性大易破碎，因此必須用化學方法連接柔軟的基體來增加其韌性。研究人員將等量的木質(zhì)素和丁腈橡膠加熱混合，再經(jīng)擠出機擠出。由于木質(zhì)素的熱穩(wěn)定性有差異，因此鑒別篩選出最有效的熱塑性原料就十分重要。通過對比，發(fā)現(xiàn)在麥秸、軟木和硬木中，硬木的木質(zhì)素穩(wěn)定性最好。之后研究人員將最理想的木質(zhì)素和熔融態(tài)下的聚合物進行耦合。
在加熱室中，兩個轉(zhuǎn)子能夠?qū)⑷廴诘亩‰嫦鹉z和等量的粉狀纖維素揉捏混合在一起。原本團聚的木質(zhì)素破碎成相互穿插的層狀分散在橡膠中，并相互作用。制成的產(chǎn)物就兼具了木質(zhì)素的剛性和橡膠的彈性。此外，改變丁腈橡膠中丙烯腈的含量能夠進一步提高材料的機械性能。此外，也能夠通過調(diào)節(jié)找到剛性和韌性的之間的最佳平衡點，從而改善聚合物合金的性能。
生物精煉行業(yè)的業(yè)界認為木質(zhì)素是未被充分利用的植物產(chǎn)品，并且希望它能夠用于可再生熱塑性塑料的生產(chǎn)，而這種熱塑性塑料能夠與石油衍生替代物相媲美。該研究團隊正在努力使這種材料可以作為纖維增強復合材料的基體材料使用，并進一步將研究范圍拓展到不同的原料中，以及研究加工條件、材料結(jié)構(gòu)和性能之間的相關(guān)性。
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