Tailoring biogenic straw insulation from additive manufacturing

纤维素 稻草 材料科学 挤压 复合材料 抗弯强度 碳纤维 保温 气凝胶 化学 有机化学 复合数 图层(电子) 无机化学
作者
Massimigliano Di Luigi,Donald Petit,Arpita Sarkar,Zipeng Guo,Chi Zhou,Shenqiang Ren
出处
期刊:Applied Materials Today [Elsevier BV]
卷期号:32: 101851-101851
标识
DOI:10.1016/j.apmt.2023.101851
摘要

In the pursuit of carbon-storing materials that could help accomplish high levels of building sustainability, wheat straw has emerged as a promising alternative to fossil fuel-based building materials. Straw is 100% biodegradable and abundant agricultural waste used in the construction 400 years ago, and it has been reported to have the lowest embodied carbon when measured against other typical insulating materials. Here we report additive manufacturing of carbon-sequestration insulation panel materials by upcycling cellulose fibrils from wheat straw. Cellulose obtained from alkaline and 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl radical-mediated oxidation shows thermal conductivity of 0.036 W m−1 K−1, alongside elastic and flexural modulus of 900 MPa and 502 MPa, respectively. In addition, an in-situ hydrophobic treatment in the cellulose-based insulation panels is achieved with an average water contact angle of 133.7° Furthermore, the extrusion-based additive manufacturing of a 3D-printable ink obtained by mixing the cellulose and silica aerogel precursor is accomplished, with the printed material exhibiting structural integrity, thus showing great potential towards the development of state-of-the-art, sustainable materials for carbon-sequestration building applications.
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