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(xué)帶來了最前沿的研究，發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素的添加可以實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)、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(rèn)為是超出其植物功能的工業(yè)廢物。這種認(rèn)知正在發(fā)生積極改變。在2016年，第一個(gè)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(gè)研究財(cái)團(tuán)開發(fā)了熱固性復(fù)合材料，將木質(zhì)素納入汽車部件中。

華盛頓大學(xué)的研究涉及化學(xué)改變后的木質(zhì)素，可以被用作一種增強(qiáng)型碳纖維的前體。據(jù)報(bào)道，該機(jī)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(xué)工程系教授兼系主任Joshua Yuan和他的團(tuán)隊(duì)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(xué)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(tuán)，這是一種吸引水的氧和氫的反應(yīng)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(tuán)隊(duì)重新設(shè)計(jì)了木質(zhì)素結(jié)構(gòu)。

當(dāng)與PAN結(jié)合時(shí)，基于HiMWELL的碳纖維具有創(chuàng)紀(jì)錄的拉伸強(qiáng)度，并顯示出比標(biāo)準(zhǔn)碳纖維更好的機(jī)械性能。當(dāng)木質(zhì)素被添加到可回收的聚合物混合物中時(shí)，HiMWELL改善了機(jī)械性能，也改善了紫外線防護(hù)。

據(jù)Yuan陳述，這項(xiàng)研究為在碳纖維中使用木質(zhì)素奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)將為木質(zhì)素的商用價(jià)值“正名”。目前，這項(xiàng)研究已發(fā)表在《細(xì)胞新聞物質(zhì)》雜志上。該項(xiàng)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。