La lignine biopolymère est un sous-produit de la fabrication du papier et une matière première prometteuse pour la fabrication de matières plastiques durables. Cependant, la qualité de ce produit naturel n'est pas aussi uniforme que celle des plastiques à base de pétrole. Une analyse aux rayons X réalisée à DESY révèle pour la première fois comment la structure moléculaire interne de différents produits de lignine est liée aux propriétés macroscopiques des matériaux respectifs. L'étude, qui a été publié dans la revue Matériaux polymères appliqués ACS , fournit une approche pour une compréhension systématique de la lignine en tant que matière première pour permettre la production de bioplastiques à base de lignine avec différentes propriétés, en fonction de l'application spécifique.

La lignine est une classe de polymères organiques complexes et responsable de la stabilité des plantes, les rigidifier et les rendre « ligneuses » (c'est-à-dire la lignification). Lors de la fabrication du papier, la lignine est séparée de la cellulose. La lignine forme des composés dits aromatiques, qui jouent également un rôle clé dans la fabrication de polymères synthétiques ou de plastiques. "La lignine est la plus grande source de composés aromatiques naturels, mais jusqu'à présent, il a été considéré par l'industrie du papier principalement comme un sous-produit ou un carburant, " explique Mats Johansson du Royal Institute of Technology (KTH) de Stockholm, qui a dirigé l'équipe de recherche. « Des millions de tonnes sont produites chaque année, fournissant un flux constant de matières premières pour de nouveaux produits potentiels. »

Certaines premières applications des plastiques durs à base de lignine (thermodurcissables) existent déjà. Cependant, leurs propriétés varient souvent et jusqu'à présent il était difficile de les contrôler spécifiquement. L'équipe suédoise a maintenant fait la lumière sur la nanostructure de différentes fractions de lignine disponible dans le commerce à la source de rayons X PETRA III de DESY. "Il s'avère qu'il existe des fractions de lignine avec des domaines de plus en plus petits, " rapporte l'auteur principal Marcus Jawerth, du KTH de Stockholm. "Cela peut offrir certains avantages, selon l'application particulière :il rend la lignine plus dure ou plus douce en modifiant la température dite de transition vitreuse à laquelle le biopolymère adopte un état visqueux.

Entre autres, l'analyse aux rayons X a révélé que les types de lignine dont les anneaux benzéniques centraux sont disposés en forme de T sont particulièrement stables. "La structure moléculaire affecte les propriétés mécaniques macroscopiques, " explique Stephan Roth de DESY, qui est en charge de la ligne de lumière P03 sur laquelle les expériences ont été menées et qui est co-auteur de l'article. "C'est la première fois que cela est caractérisé." En tant que produit naturel, la lignine se présente sous de nombreuses configurations différentes. D'autres études sont nécessaires pour fournir un aperçu systématique de la façon dont différents paramètres affectent les propriétés de la lignine. "C'est très important pour pouvoir fabriquer des matériaux de manière reproductible, et notamment de prédire leurs propriétés, " dit Roth, qui est également professeur à KTH Stockholm. « Si vous souhaitez utiliser un matériau de manière industrielle, vous devez comprendre sa structure moléculaire et savoir comment cela est corrélé avec les propriétés mécaniques."

Selon Jawerth, jusqu'à deux tiers de la lignine produite au cours du processus de production de papier pourraient être transformés en polyesters et servir de matière première pour la fabrication de plastiques. "Avec la cellulose et la chitine, la lignine est l'un des composés organiques les plus omniprésents sur Terre et offre un potentiel énorme pour remplacer les plastiques à base de pétrole, " dit le scientifique. " C'est beaucoup trop précieux pour simplement le brûler. "