La lignina es una clase de polímeros orgánicos complejos que forman materiales estructurales clave en los tejidos de soporte de ciertas plantas. Es fundamental en la formación de paredes celulares en madera y corteza. También es un subproducto de los procesos de biorrefinería, para los que los investigadores han encontrado un nuevo y excelente uso. Ahora, el Laboratorio Nacional Oak Ridge ha desarrollado compuestos de lignina que podrían servir como materiales de impresión 3D renovables. Los materiales adquirieron muchas características deseables para la extrusión y la producción de objetos.
La lignina es una de las sobras de la producción de bioproductos y procesamiento de biomasa. El papel de la lignina en la biología vegetal es mejorar la rigidez de las estructuras celulares, por lo que su utilidad en la impresión 3D es clara. Las cosas que le permiten dar estructura a las plantas y también su naturaleza como remanente insoluble del proceso de la planta hacen que sea fácil de mezclar con plásticos para obtener filamentos y gránulos.
“ Encontrar nuevos usos para la lignina puede mejorar la economía de todo el proceso de biorrefinación”, dijo el líder del proyecto ORNL, Amit Naskar. De hecho, el objetivo fundamental de la investigación es hacer un mejor uso de los bioproductos y bioprocesos. Después de todo, la investigación fue financiada por la Oficina de Tecnologías de Bioenergía de la Oficina de Eficiencia Energética y Energías Renovables del DOE.
Fabricación de composites renovables
Los investigadores crearon compuestos de lignina fundiendo el material con plásticos convencionales. Utilizaron lignina de madera dura estable a la fusión con nailon de bajo punto de fusión y fibra de carbono para dar al material resultante una buena viscosidad y resistencia a la soldadura para la deposición capa sobre capa y propiedades mecánicas.
Si bien la lignina simple puede calentarse y carbonizarse (a diferencia de los termoplásticos de impresión 3D estándar), el compuesto obtuvo mejores resultados en el proceso de fabricación aditiva. La lignina también experimenta un aumento de viscosidad a medida que se calienta, lo que dificulta su extrusión. Esto supuso un punto de reserva para los investigadores, pero para su sorpresa, la rigidez a temperatura ambiente del compuesto aumentó mientras que su viscosidad en estado fundido disminuyó al mezclarse con Nylon.
También encontraron que la mezcla de materiales creaba un efecto lubricante. Los investigadores estudiaron estas nuevas características con dispersión de neutrones en el Reactor de Isótopos de Alto Flujo y microscopía avanzada en el Centro de Ciencia de Materiales en Nanofase. Los investigadores experimentaron con diversas mezclas de lignina, probando hasta un 40 a 50 por ciento en peso. Este fue un gran avance en este campo de investigación, siendo el más alto con diferencia. Luego agregaron de 4 a 16 por ciento de fibra de carbono a la mezcla, creando un compuesto que se calienta más fácilmente, fluye más rápido para una impresión más rápida y da como resultado un producto más fuerte.
Actualmente, su trabajo con el compuesto de Lignina-Nylon está pendiente de patente. ORNL todavía está refinando el proceso y encontrando otras formas de procesar las mezclas. También podría convertirse en una hoja de ruta para la investigación futura de materiales con otros compuestos naturales y productos de desecho.
Imágenes destacadas cortesía del Laboratorio Nacional de Oak Ridge, recuperadas a través de sus medios.
