Les chercheurs ont développé une méthode simple et rapide pour convertir la lignine d'un bioproduit à base de bois en nanoparticules afin de créer des revêtements transparents ou des surfaces antireflet colorées dotées de propriétés antibuée. La découverte transforme ces déchets abondants en un matériau utile avec des applications allant des lunettes aux vitres de voiture.
À l’heure actuelle de l’économie circulaire et du changement climatique, la lignine – la substance organique qui maintient ensemble les cellules, les fibres et les contenants du bois – est considérée comme une ressource renouvelable prometteuse qui pourrait remplacer les matériaux fossiles. Mais actuellement, ce sous-produit de l’industrie des pâtes et papiers n’est pas pleinement utilisé, avec environ 98 % utilisés pour la combustion pour le chauffage ou la production d’électricité.
L’un des obstacles à l’utilisation de la lignine est que sa structure moléculaire complexe rend sa décomposition difficile. Aujourd'hui, des chercheurs de l'Université Aalto en Finlande ont développé une méthode pour convertir la lignine en un revêtement transparent d'origine biologique doté de propriétés antibuée et antireflet.
Les nanoparticules de lignine (LNP) sont hydrophiles et adaptées à la création de textures, ce qui les rend idéales pour les applications optiques, notamment celles nécessitant des propriétés anti-buée. Cependant, un problème pour parvenir à cette utilisation est de surmonter l'opacité des particules, ce qui nécessite un contrôle précis de l'épaisseur du film.
Dans la présente étude, les chercheurs ont cherché à réduire la taille des LNP pour surmonter le problème d’opacité, car les particules plus petites sont moins sujettes au trouble et diffusent la lumière de manière plus uniforme.
"Les revêtements optiques doivent être transparents, mais jusqu'à présent, même des films assez fins de particules de lignine étaient visibles", a déclaré Alexander Henn, premier auteur de l'étude. "Nous savons que les petites particules semblent moins troubles, c'est pourquoi je voulais voir si nous pouvions créer des films de particules invisibles en réduisant la taille des particules au minimum."
Pour réduire la taille des particules, les chercheurs ont modifié chimiquement la lignine par acétylation, une réaction d'estérification qui introduit des groupes fonctionnels acétyle dans les composés organiques. En utilisant de l’acide acétique pour piloter la réaction – qui ne prend que 10 minutes à la température relativement basse de 140 °F (60 °C) – le processus a produit de fortes concentrations de LNP ultra-petits aux propriétés inattendues.
"Les particules de lignine que j'ai fabriquées à partir de lignine acétylée avaient des propriétés assez surprenantes, ce qui rendait d'autres parties de cette recherche très intéressantes", a déclaré Henn. "La possibilité de réaliser des films photoniques, par exemple, était complètement inattendue."
La petite taille des particules a permis aux chercheurs de contrôler l’épaisseur et l’apparence des couches, des sous-monocouches transparentes aux films multicouches, ce qui leur a permis de contrôler la couleur et l’absorbance de différentes longueurs d’onde de lumière.
Ils ont découvert que les revêtements transparents ultrafins réduisaient la diffusion de la lumière provoquée par les gouttelettes d’eau et ont conclu que la lignine acétylée pouvait être utilisée comme revêtement antibuée sur des surfaces transparentes. De plus, en épaississant le revêtement et en utilisant plusieurs couches de films minces, les chercheurs peuvent contrôler la couleur du revêtement, ce qui donne des jaunes, des bleus et des violets vifs. Ces revêtements plus épais ont également des propriétés photoniques, ce qui signifie qu'ils réfléchissent la lumière.
Les chercheurs affirment que la vitesse et la simplicité de la réaction d’acétylation ainsi que son rendement élevé permettent de l’étendre à des niveaux industriels, avec l’avantage supplémentaire que la lignine soit un puits de carbone.
Monika Österberg, l'une des auteurs correspondants de l'étude, a déclaré : « Les produits à base de lignine peuvent avoir une valeur commerciale tout en agissant également comme un puits de carbone, contribuant ainsi à alléger la dépendance actuelle aux combustibles fossiles et à réduire les émissions de CO2.
La recherche a été publiée dans le Journal of Chemical Engineering.