El biopolímero lignina es un subproducto de la fabricación de papel y una materia prima prometedora para la fabricación de materiales plásticos sostenibles. Sin embargo, la calidad de este producto natural no es tan uniforme como la de los plásticos derivados del petróleo. Un análisis de rayos X realizado en DESY revela por primera vez cómo la estructura molecular interna de diferentes productos de lignina se relaciona con las propiedades macroscópicas de los respectivos materiales. El estudio, que ha sido publicado en la revista Materiales poliméricos aplicados ACS , proporciona un enfoque para una comprensión sistemática de la lignina como materia prima para permitir la producción de bioplásticos a base de lignina con diferentes propiedades, dependiendo de la aplicación específica.

La lignina es una clase de polímeros orgánicos complejos y es responsable de la estabilidad de las plantas, endurecerlos y hacerlos "leñosos" (es decir, lignificación). Durante la producción de papel, la lignina se separa de la celulosa. La lignina forma los llamados compuestos aromáticos, que también juegan un papel clave en la fabricación de polímeros sintéticos o plásticos. "La lignina es la mayor fuente de compuestos aromáticos naturales, pero hasta ahora ha sido visto por la industria del papel principalmente como un subproducto o un combustible, "explica Mats Johansson del Royal Institute of Technology (KTH) en Estocolmo, quien dirigió el equipo de investigación. "Cada año se producen millones de toneladas, proporcionando un flujo constante de materia prima para nuevos productos potenciales ".

Ya existen algunas primeras aplicaciones de plásticos duros a base de lignina (termoendurecibles). Sin embargo, sus propiedades a menudo varían y hasta ahora ha sido difícil controlarlas específicamente. El equipo sueco ahora ha arrojado luz sobre la nanoestructura de diferentes fracciones de lignina disponible comercialmente en la fuente de rayos X de DESY, PETRA III. "Resulta que hay fracciones de lignina con dominios más grandes y más pequeños, "informa el autor principal Marcus Jawerth, del KTH de Estocolmo. "Esto puede ofrecer ciertas ventajas, dependiendo de la aplicación particular:hace que la lignina sea más dura o más blanda alterando la llamada temperatura de transición vítrea a la que el biopolímero adopta un estado viscoso ".

Entre otras cosas, el análisis de rayos X reveló que aquellos tipos de lignina cuyos anillos centrales de benceno están dispuestos en forma de T son particularmente estables. "La estructura molecular afecta las propiedades mecánicas macroscópicas, "explica Stephan Roth de DESY, quién está a cargo de la línea de luz P03 en la que se realizaron los experimentos y quién es coautor del artículo. "Esta es la primera vez que esto se ha caracterizado". Como producto natural, la lignina viene en numerosas configuraciones diferentes. Se necesitan más estudios para proporcionar una visión general sistemática de cómo los diferentes parámetros afectan las propiedades de la lignina. "Esto es muy importante para poder fabricar materiales de manera reproducible, y en particular para predecir sus propiedades, "dice Roth, quien también es profesor en KTH Stockholm. "Si desea utilizar un material de forma industrial, es necesario comprender su estructura molecular y saber cómo se correlaciona con las propiedades mecánicas ".

Según Jawerth, hasta dos tercios de la lignina producida durante el proceso de producción de papel podrían convertirse en poliésteres y servir como material de partida para la fabricación de plásticos. "Junto con la celulosa y la quitina, La lignina es uno de los compuestos orgánicos más ubicuos en la Tierra y ofrece un enorme potencial para reemplazar los plásticos derivados del petróleo. ", dice el científico." Es demasiado valioso para simplemente quemarlo ".