木質(zhì)素是地球上第二豐富的生物聚合物，作為聚合物的潛在可再生成分，多年來吸引了研究人員的興趣。圣路易斯的華盛頓大學帶來了最前沿的研究，發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素的添加可以實現(xiàn)更強、更輕的碳纖維以及對環(huán)境影響更小的塑料。

木質(zhì)素為植物組織提供硬度和結(jié)構(gòu)支持，但直到最近，它還在很大程度上被認為是超出其植物功能的工業(yè)廢物。這種認知正在發(fā)生積極改變。在2016年，第一個商業(yè)規(guī)模提取木質(zhì)素的工廠在加拿大阿爾伯塔省建成，木質(zhì)素用來取代以化石燃料為來源的石化產(chǎn)品。最近，日本的一個研究財團開發(fā)了熱固性復合材料，將木質(zhì)素納入汽車部件中。

華盛頓大學的研究涉及化學改變后的木質(zhì)素，可以被用作一種增強型碳纖維的前體。據(jù)報道，該機構(gòu)還可以開發(fā)出具有更好性能的可回收塑料。通過改變木質(zhì)素的一些特性，能源、環(huán)境和化學工程系教授兼系主任Joshua Yuan和他的團隊創(chuàng)造了高分子量酯化連接木質(zhì)素（High Molecular Weight Esterified Linkage Lignin，HiMWELL）。他們將其與聚丙烯腈（Polyacrylonitrile，PAN）相結(jié)合，以配制前體。

1. 木質(zhì)素的化學結(jié)構(gòu)和分子量的不均勻性，使其難以與其他聚合物結(jié)合；
2. 其高數(shù)量的OH基團，這是一種吸引水的氧和氫的反應性配對，這對于構(gòu)建像碳纖維這樣的剛性材料來說并不理想。

為了避開這些障礙，Yuan和他的團隊重新設(shè)計了木質(zhì)素結(jié)構(gòu)。

當與PAN結(jié)合時，基于HiMWELL的碳纖維具有創(chuàng)紀錄的拉伸強度，并顯示出比標準碳纖維更好的機械性能。當木質(zhì)素被添加到可回收的聚合物混合物中時，HiMWELL改善了機械性能，也改善了紫外線防護。

據(jù)Yuan陳述，這項研究為在碳纖維中使用木質(zhì)素奠定了基礎(chǔ)，同時將為木質(zhì)素的商用價值“正名”。目前，這項研究已發(fā)表在《細胞新聞物質(zhì)》雜志上。該項目還得到美國能源部能源效率與可再生能源辦公室和生物能源技術(shù)辦公室支持。