Red de fibra de carbono fina fabricada con condiciones optimizadas (de izquierda a derecha:fibras electrohiladas, fibras estabilizadas térmicamente, fibras de carbono). Crédito:Universidad de Kanazawa
Dadas las preocupaciones sobre el calentamiento global del clima, Los investigadores están trabajando arduamente para minimizar la cantidad de combustible que todos usamos en la vida diaria. Reducir el peso de los vehículos reducirá la cantidad de combustible necesaria para impulsarlos, y vuelva a poner dinero en su bolsillo.
En un estudio publicado recientemente en Revista de Ingeniería Química , investigadores de la Universidad de Kanazawa han modificado químicamente un producto de desecho industrial, y lo procesó en un posible material estructural ligero. Este desarrollo puede aumentar la economía de combustible del transporte privado y comercial.
Los investigadores comenzaron con lignina Kraft, un subproducto de un proceso común de fabricación de pasta de madera. Las fábricas de papel generalmente queman lignina Kraft para generar energía, porque es difícil de usar para cualquier cosa que no sea con fines especializados. Procesar químicamente la lignina Kraft en un material más útil mejoraría la sostenibilidad medioambiental de la producción de papel.
"Realizamos una modificación química del polímero de lignina Kraft conocida como acetilación, ", dice el primer autor László Szabó." Optimizar el grado de acetilación fue fundamental para nuestro esfuerzo de investigación ".
Una reacción controlada fue importante para optimizar la capacidad de la lignina Kraft de ser compatible con otro polímero llamado poliacrilonitrilo. y así preparar fibras de carbono de calidad creando un compuesto de ingeniería. Si hay muy poca o demasiada acetilación, las fibras de carbono son de baja calidad.
Espectro Raman típico registrado en una estera de fibra de carbono que muestra las contribuciones de los picos grafíticos y derivados de defectos. Crédito:Universidad de Kanazawa
"Nuestra reacción fue bastante suave, producir solo un subproducto bastante benigno, la acetona, sin cambiar la polidispersidad de la lignina Kraft, "explica Kenji Takahashi, coautor principal. "De este modo pudimos mezclar lignina Kraft con poliacrilonitrilo para obtener una solución de dope para electrohilado que contiene segmentos de polímero más compatibles y, finalmente, fabricar fibras de carbono de calidad".
Las esteras de fibra de carbono de los investigadores contienen fibras finas y uniformes, sin que el tratamiento térmico disminuya la calidad de la fibra. De hecho, en comparación con la lignina Kraft sin modificar, al usar el polímero modificado, la estera de fibras exhibió una mejora de casi tres veces en la resistencia mecánica.
"El rendimiento mecánico de nuestras fibras se puede atribuir a la estructura grafítica adaptada de los materiales, ", explica Szabó." Este resultado se debe a las interacciones mejoradas de los polímeros que conducen a una red polimérica más alineada que luego se somete al tratamiento térmico ".
Los compuestos de ingeniería son comunes en las naves espaciales, carros, el plastico, hormigón, y muchos otros productos y tecnologías. Cuando estos investigadores minimizan el costo de preparar sus nuevas fibras de carbono, quizás los vehículos del futuro sean más ligeros, más durable, y más eficiente en combustible. Dado que todas las industrias utilizan el transporte, todo el mundo ahorrará dinero y todas las empresas serán más sostenibles desde el punto de vista medioambiental.
