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科学家将木材废料转化为透明防雾涂料

文章来源：新能源网更新时间：2023-10-07 15:13:50

研究人员开发出了一种快速简便的方法，可将木质生物制品木质素转化为纳米颗粒，从而形成具有防雾性能的透明涂层或彩色防反射表面。这一发现将这一丰富的废弃物转化为一种有用的材料，可广泛应用于眼镜和车窗等领域。

随着当前对循环经济和气候变化的重视，木质素（一种将木材中的细胞、纤维和容器结合在一起的有机物质）被认为是一种很有前途的可再生资源，可以取代化石材料。但目前，这种纸浆和造纸工业的副产品还未得到充分利用，其中约 98% 用于燃烧加热或发电。

使用木质素的障碍之一是其分子结构复杂，难以分解。现在，芬兰阿尔托大学的研究人员开发出了一种方法，可以将木质素转化为具有防雾和防反射特性的生物基透明涂层。

木质素纳米颗粒（LNPs）具有亲水性，适合制造纹理，因此非常适合光学应用，尤其是需要防雾性能的应用。然而，实现这一用途的一个问题是克服颗粒的不透明性，这需要精确控制薄膜厚度。

在目前的研究中，研究人员着眼于减小 LNPs 的尺寸，以克服不透明性问题，因为较小的颗粒不容易混浊，而且散射光更均匀。

该研究的第一作者亚历山大-亨恩（Alexander Henn）说："光学涂层需要透明，但到目前为止，即使相当薄的木质素颗粒薄膜也是可见的。我们知道，小颗粒看起来不那么浑浊，所以我想了解能否通过将颗粒尺寸减小到最小来制作隐形颗粒膜。"

为了缩小颗粒尺寸，研究人员通过乙酰化对木质素进行了化学改性，乙酰化是一种酯化反应，将乙酰官能团引入有机化合物中。使用乙酸驱动反应--在140 °F（60 °C）的相对较低温度下仅需10分钟--该过程产生了高浓度的超小型LNP，具有意想不到的特性。

Henn说："我用乙酰化木质素制成的木质素颗粒具有相当令人惊讶的特性，这使得这项研究的其他部分变得非常有趣。例如，制作光子薄膜的可能性就完全出乎意料。"

颗粒的小尺寸使研究人员能够控制层的厚度和外观，从透明的亚单层到多层薄膜，这使他们能够控制不同波长光的颜色和吸收率。

快速而简单的乙酰化方法可产生可用于不同用途的木质素图/Henn 等人/阿尔托大学 (CC BY 4.0)

他们发现超薄透明涂层可以减少水滴造成的光散射，并得出结论：乙酰化木质素适合用作透明表面的防雾涂层。此外，通过加厚涂层和使用多层薄膜，研究人员可以控制涂层的颜色，从而获得明亮的黄色、蓝色和紫色。这些较厚的涂层还具有光子特性，即它们能反射光线。

研究人员说，乙酰化反应的速度和简易性及其高产率意味着它可以扩大到工业水平，木质素是碳汇的额外好处。

该研究的通讯作者之一莫妮卡-厄斯特伯格（Monika Österberg）说："基于木质素的产品可能具有商业价值，同时还能起到碳汇的作用，有助于缓解目前对化石燃料的依赖并减少二氧化碳排放。像这样的高价值应用对于推动木质素的价值化，使我们不再仅仅将木质素用作燃料非常重要"。

该研究发表在《化学工程杂志》上。

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