Lignin i hållbar 3D-utskrift genom neutronspridning
- Diarienummer
- SNP24-0010
- Projektledare
- Åhl, Agnes
- Start- och slutdatum
- 250721-280721
- Beviljat belopp
- 3 998 750 kr
- Förvaltande organisation
- KTH - Royal Institute of Technology
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Projektet fokuserar på valoriseringen av lignin i hållbar 3D utskrift genom en kombination av lågvinkel- och kvasielastisk neutronspridningsexperiment (SANS och QENS). Det föreslagna projektet har tre huvudmål: förstå hur ligninaggregeringar påverkar materialegenskaperna; korrelatera struktur-viskositets förhållandet av lignin-polylaktid (PLA) blandningar; ge in-situ insikter i det komplexa struktur-dynamikbeteendet av lignin-PLA blandningar under 3D utskrift. Projektets första år fokuserar på ligninextraktion och att framställa olika formuleringar av lignin och PLA. Filament av lignin-PLA blandningarna kommer framställas och de mekaniska egenskaperna relateras till ligninaggregeringarna i materialet genom SANS. Under andra året kommer de reologiska egenskaperna av lignin-PLA blandningarna utvärderas och genom en kombinerad reologi och SANS studie där skjuveffektens inflytande på strukturen utvärderas och korrelateras med de dynamiken från QENS. En ny QENS provmiljö för mätningar under sträckflöde kommer att utvecklas under projektets gång. Provmiljön är baserad på en liknande SANS provmiljö och kombinationen av de två kommer tillåta utvärdering av in-situ struktur och dynamik i lignin-PLA blandningar i en imiterad 3D utskrift. Tredje året kommer fokusera på analys av insamlad data och manuskript, där tre publikationer är planerade
Populärvetenskaplig beskrivning
Lignin, en av huvudkomponenterna i träd, är av stort intresse för utvecklingen av hållbara material för att ersätta de nuvarande fossil-baserade materialen. Ett område där lignin har stor potential är i 3D utskrift. 3D utskrift tillåter exakt design av material och reducerar den mängd råvara som behövs till ett färdigt material och genom att inkorporera lignin i 3D utskrift kan användandet av fossil-baserade polymerer reduceras vilket bidrar till mer hållbara material. Lignin är dock komplext och påverkas till stor del av källa och extraktionsmetod. För att göra det möjligt att använda lignin i 3D utskrift krävs det därför att olika lignin-baserade formuleringar karakteriseras och testas med syfte att försäkra att materialen håller hög kvalité i både utseende och egenskaper. I detta syfte kommer projektet använda lågvinkel- och kvasielastisk neutronspridning i kombination med reologi för att undersöka hur lignin påverkar strukturen och dynamiken under 3D utskrift, samt hur fördelningen av lignin påverkar de mekaniska egenskaperna av de 3D utskrivna materialen. Genom lågvinkel neutronspridning kan strukturell information på nanometer skala nås och utvärderas vid de olika 3D utskrifts stadierna där temperatur, tryck och skjuvhastighet kan varieras. Kvasielastisk neutronspridning ger åtkomst till de dynamiska processerna på en atom och molekylär skala vid liknande förhållanden. I kombination med den strukturella informationen från lågvinkel neutronspridning, kan kvasielastisk neutronspridning ge essentiell information för implementeringen av lignin i hållbar 3D utskrift.