Potentielt alternativ til petroleumspolycarbonat indeholdende miljøhormonkilder

Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT) har udviklet et bio-polycarbonat, som er blevet monopoliseret af Japan, og har åbnet muligheden for kommercialisering af bio-polycarbonat.

Bio-polycarbonat er en miljøvenlig bio-plast, der kan erstatte konventionelt polycarbonat, som indeholder det miljømæssige hormonfremkaldende stof, bisphenol A (BPA). Indtil nu, Mitsubishi Chemical Corp. i Japan er det eneste selskab, der har succes med at kommercialisere produktionen af ​​bio-polycarbonat.

Dr. Jeyoung Park, Dr. Dongyeop Åh, og Dr. Sung Yeon Hwang fra Research Center for Bio-based Chemistry i KRICT brugte de plantebaserede komponenter af isosorbid og nanocellulose til at udvikle bio-polycarbonatet.

BPA er et petrokemisk stof og et miljøhormon, der forårsager hormonforstyrrelser og metaboliske komplikationer. Det bruges mest i polycarbonat, og brugen af ​​dette stof er forbudt i mælkeflasker og kosmetik i Korea. Det bruges også i kvitteringspapirer og belægningsmaterialer til konserves.

Af den grund, bio-polycarbonat har fået opmærksomhed som et alternativ til polycarbonat indeholdende BPA. Imidlertid, det er vanskeligt samtidig at tilfredsstille både økonomisk gennemførlighed og høj mekanisk ydeevne af almindelig planteingrediensplast. KRICT overvandt dette problem med kombinationen af ​​isosorbid og nanocellulose, og lykkedes med at producere bio-polycarbonat, der overgår petroleumsbaseret polycarbonat.

Isosorbid, en miljøvenlig forbindelse afledt af glukose, forbedrer ikke kun de mekaniske egenskaber af den inkorporerede polymer, men har også gode optiske og UV-resistive egenskaber på grund af sin unikke molekylære struktur.

Forskerholdet anvendte princippet om "lige opløses ligesom", hvor lignende forbindelser blandes bedre sammen. Isosorbid godt blandet sammen med nanocellulose som et bio-afledt forstærkningsmiddel, fordi begge stoffer er hydrofile og har en lignende struktur. Derefter, polymerisationsprocessen af ​​nanokompositplasten blev udført. Den godt spredte nanocellulose virkede som metalarmeringsjern i beton og maksimerede dermed styrken af ​​bioplasten.

Dr. Jeyoung Park fra KRICT sagde, "Vi ønskede at bryde stereotypen om, at bioplast har ringere mekaniske egenskaber og er dyrt." Dr. Park fortsatte, "Gennem det synergistiske samspil mellem de plantebaserede ingredienser, vi var i stand til at udvikle en bio-plast, der er overlegen i forhold til petroleumsplast." Som et resultat, det forbedrede bioplastens fysiske egenskaber, såsom styrke og gennemsigtighed, markant, som er blevet påpeget som begrænsninger af generel bioplast.

Det udviklede bio-polycarbonat udviste en trækstyrke (hvor stærkt et materiale er) på 93 MPa. Dette er den hidtil højeste måling blandt eksisterende petroleum og biopolycarbonater. Trækstyrken af ​​petroleumspolycarbonat varierer fra 55 - 75 MPa, mens trækstyrken af ​​bio-polycarbonatet fra det japanske firma Mitsubishi Chemical Corp. er 64 - 79 MPa.

Lystransmission, som repræsenterer plastens gennemsigtighed, blev målt til 93%. Dette skyldes den undertrykte krystallinitet gennem den dispergerede nanocellulose, og resultatet er meget bedre end kommercielt tilgængeligt petroleumspolycarbonat. Dette er enestående, fordi de fleste nanokompositter har en reduceret gennemsigtighed, fordi uensartede aggregater spreder lys. Ud over, der er ingen risiko for misfarvning selv efter længere tids eksponering for ultraviolette stråler, da der ikke er nogen benzenringe i bio-polycarbonater, i modsætning til petroleumspolycarbonater.

Følgelig, bio-polycarbonat kan bruges som et industrielt materiale til applikationer, herunder bilsoltage, forlygter, gennemsigtige motorvejsstøjskærme, og eksteriør af elektronik såsom smartphones. Materialet forventes således at være et levedygtigt alternativ til eksisterende polycarbonater.

Også, den lave toksicitet af materialet blev verificeret gennem dyr in vivo inflammatorisk test ved hjælp af en rottemodel, understøtter materialets potentiale til biomedicinske anvendelser. Injektion af polymeren i det subkutane væv blev udført for at teste tilstedeværelsen af ​​inflammation, og et toksicitetsniveau på 1, fra et interval på 0-5, blev målt (toksiciteten er lavest, når værdien nærmer sig 0).

Dr. Dongyeop Oh fra KRICT sagde, "Et resultat med lav toksicitet blev opnået fra in vivo inflammatorisk test med en rotte. Toksicitetsniveauet er sikkert for spædbørn og børn at putte i munden, hvilket betyder, at materialerne kan bruges til medicinske formål i f.eks. implantater og kunstige knogler, samt legetøj, mælkeflasker, og barnevogne."

The market size of petroleum polycarbonate based on the current production is about 5 million tons annually and the bio-polycarbonate annual production capacity of Mitsubishi Chemical Corp. is approximately 20, 000 tons. Although the bio-polycarbonate market is still in its infancy, the transition to commercialization due to this accomplishment is expected to contribute to domination of the bio-plastic market in the future.

This research achievement entitled "Preparation of synergistically reinforced transparent bio-polycarbonate nanocomposites with highly dispersed cellulose nanocrystals" was featured on the front cover of the October issue of Grøn Kemi of the Royal Society of Chemistry, which is the highest authority in the field of green chemistry, and it was simultaneously selected as a Hot Article of 2019.

KRICT Bio-based Chemistry Research Center Director Dr. Hwang Sung Yeon explained, "Fear of plastics is growing because of issues like plastic waste and chemophobia, but plastics have become an essential part of everyday life, so we will develop bio-plastics that people can use without fear."