Esteja você embrulhando um presente ou fazendo um curativo em uma ferida, você confia em um adesivo para fazer o trabalho.

Essas substâncias pegajosas geralmente são feitas de materiais derivados do petróleo, mas e se houvesse uma maneira mais sustentável de fazê-los? Agora, uma equipe de engenheiros da Universidade de Delaware desenvolveu um novo processo para fazer fita adesiva de um componente importante de árvores e plantas chamado lignina - uma substância que os fabricantes de papel geralmente jogam fora. O que mais, sua invenção tem um desempenho tão bom quanto pelo menos dois produtos comercialmente disponíveis.

Os pesquisadores recentemente descreveram seus resultados em ACS Central Science , e estão trabalhando em mais maneiras de transformar a sucata de madeira e plantas em "materiais de design" para uso do consumidor.

Ciência pegajosa

A lignina é um recurso renovável, uma substância nas árvores que ajuda a torná-las fortes. Mas você não precisa cortar árvores para obtê-lo, porque há muita coisa por aí. Quando os fabricantes de celulose e papel processam madeira, a lignina é deixada para trás e geralmente descartada em aterros ou queimada para aquecimento. Algumas empresas estão até dispostas a entregar gratuitamente um caminhão basculante cheio desse material porque é mais barato do que descartá-lo em um aterro sanitário. Barato, material abundante e sustentável, a lignina apresenta uma excelente oportunidade para algum upcycling cientificamente avançado.

A lignina também é um polímero natural, um material feito de moléculas muito grandes compostas por subunidades menores chamadas monômeros. A lignina compartilha algumas semelhanças de propriedades estruturais e materiais com polímeros derivados de petróleo, tais como poliestireno e polimetil metacrilato, que são comumente usados ​​em adesivos e outros produtos de consumo, de materiais de embalagem a copos.

“Um dos pensamentos que sempre tivemos é:podemos pegar lignina e fazer produtos úteis, e neste caso, polímeros úteis fora dele? ", disse Thomas H. Epps, III, o professor Thomas e Kipp Gutshall de Engenharia Química e Biomolecular, Professor de Ciência e Engenharia de Materiais na UD, e o autor correspondente do novo artigo. Em particular, Epps suspeitou que a lignina poderia ser usada para fazer adesivos com força semelhante, dureza, e resistência a riscos para as versões à base de petróleo.

Fita adesiva, multifunções amarela e fita de papel para pintor.

Antes que a lignina pudesse ser transformada em um produto, foi dividido por pesquisadores do Centro de Catálise para Inovação Energética (CCEI), um centro de pesquisa multi-institucional na UD estabelecido por uma bolsa do Departamento de Energia dos EUA.

Dionisios Vlachos, diretor do CCEI e do Delaware Energy Institute, é um especialista internacional em catálise, processos que aceleram as reações químicas. Por quase uma década, Vlachos e sua equipe aperfeiçoaram métodos para quebrar alguns componentes de madeira, celulose e hemicelulose, em produtos úteis. Eles visam fazer produtos renováveis ​​que são melhores para o meio ambiente, com desempenho incomparável. Contudo, em comparação com outros componentes de madeira, a lignina apresenta um desafio mais difícil.

“A lignina é muito difícil, uma parte sólida da biomassa que é mais difícil de quebrar, "disse Vlachos." É difícil desenvolver um catalisador e um processo para realmente quebrar essas moléculas. "

Usando um material catalisador disponível comercialmente, Vlachos e seus colegas desenvolveram um leve, processo de baixa temperatura que quebra a lignina em pequenas, fragmentos moleculares - um processo chamado despolimerização.

Então, Epps usou esses materiais para sintetizar novos materiais, ajustando suas propriedades para uso em adesivos sensíveis à pressão, materiais que aderem ao contato.

“Começamos com um biopolímero, e acabamos com outro polímero, "disse Vlachos.

"Podemos usar a mesma separação, purificação, polimerização, e métodos de caracterização para fazer esses materiais como se pode usar para fazer o comercial atual, e à base de petróleo, análogos, "disse Epps." Mas podemos obter propriedades melhores, e podemos usar uma fonte muito mais verde. "

Usando testes mecânicos para determinar a adesão e pegajosidade, os pesquisadores descobriram que sua fita funcionava no mesmo nível da fita de rotulagem Fisherbrand e da fita adesiva Scotch Magic Tape.

"Esperávamos que fosse competitivo porque sabíamos que, se pudéssemos formar polímeros bem definidos, poderíamos projetá-los para ter um desempenho semelhante, "disse Epps." O que achamos um pouco surpreendente e interessante é que nossos materiais deram desempenho semelhante à fita adesiva Scotch e fita Fisherbrand sem qualquer formulação adicional ou outros aditivos que são normalmente usados ​​em materiais comerciais para melhorar seu desempenho. "

Muitas fitas adicionaram agentes de aderência, substâncias que aumentam a adesão, mas também podem diminuir a vida útil dos materiais.

Do laboratório para sua casa

A equipe de pesquisa utilizou lignina proveniente de madeira de choupo, mas eles planejam explorar o potencial de outras madeiras e outras plantas com alto teor de lignina, como switchgrass.

"Digamos que mudemos para uma bétula, carvalho ou pinheiro, podemos fazer esses mesmos materiais de design, mas com propriedades ligeiramente diferentes? ", disse Epps. Talvez os materiais pudessem ser submetidos à engenharia reversa para ter níveis variados de pegajosidade, produzindo produtos como fita adesiva, fita isolante, fita adesiva, bandagens, notas adesivas e muito mais.

"Se eu precisar de algo um pouco cafona, Posso usar uma árvore ligeiramente diferente para isso, "disse Epps." Se eu quiser algo que seja menos pegajoso e deixe menos resíduos, Eu posso usar uma árvore diferente. Há muitas oportunidades de usar a biodiversidade para ajustar o produto final. "

Os aplicativos também podem se estender além das fitas para incluir coisas como elásticos, anéis de vedação, juntas e vedações, ou mesmo pneus de carro.

A equipe também tem como objetivo desenvolver ainda mais seus processos para que possam decompor mais da lignina e otimizar seus processos. Eles planejam fazer testes adicionais para caracterizar as propriedades de seus novos materiais.

Vlachos vê um enorme potencial econômico aqui.

"Isso poderia rejuvenescer a indústria de papel, porque as empresas poderiam um dia vender a lignina para fabricantes de adesivos, "ele disse." Ou, eles poderiam fazer a primeira rodada de processamento no local e depois vender as moléculas para outras empresas. "

A equipe de pesquisa entrou com pedido de patente provisória deste trabalho.

Colaboração no seu melhor

Esta pesquisa exemplifica o poder da colaboração entre engenheiros UD.

"Inclui tudo, desde o design do catalisador até separações simplificadas e síntese e caracterização de materiais de alto desempenho, "disse Epps." Ele cobre toda a gama do que um engenheiro químico faz. "