100 procent biobaseret, gennemsigtig, og termisk stabil polyamid

Det naturlige stof 3-carene er en bestanddel af terpentinolie, en affaldsstrøm ved produktion af cellulose fra træ. Indtil nu, dette biprodukt er for det meste blevet forbrændt. Fraunhofer-forskere bruger nye katalytiske processer til at omdanne 3-carene til byggesten til biobaseret plast. De nye polyamider er ikke kun gennemsigtige, men har også en høj termisk stabilitet.

Plast er et nyttigt alternativ til glas eller metal til en lang række anvendelser. Polyamider spiller en vigtig rolle i fremstillingen af ​​konstruktionskomponenter af høj kvalitet, da de ikke kun er slag- og slidbestandige, men også resistent over for mange kemikalier og opløsningsmidler. I dag, polyamider fremstilles hovedsageligt af råolie.

Et bæredygtigt alternativ:monomerer fra træaffald

Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology IGB undersøger et bæredygtigt alternativ til produktion af nye højtydende plastmaterialer fra terpener fundet i harpiksholdigt træ. De naturlige stoffer fås fra nåletræer som fyr, lærk eller gran. Ved fremstilling af papirmasse, hvor træ nedbrydes for at adskille cellulosefibrene, terpenerne isoleres i store mængder som et biprodukt, terpentinolie.

I fællesprojektet "TerPa - Terpener som byggesten til biobaserede polyamider", forskere ved Straubing BioCat-grenen af ​​Fraunhofer IGB er nu lykkedes med at optimere syntesen af ​​lactamer fra terpen 3-carenen og omdanne dem til en skalerbar, konkurrencedygtig proces i potentielt industriel skala. Laktamer er byggesten til produktion af polyamider. Straubing-eksperterne kunne allerede vise, at terpener som α-pinen, limonen og 3-caren er egnede råvarer til syntese af biobaserede lactamer.

Økonomisk one-pot reaktionssekvens

Omdannelsen af ​​3-caren til den tilsvarende lactam kræver fire på hinanden følgende kemiske trin. Det særlige ved den patentanmeldte Straubing-løsning er, at omdannelserne kan finde sted som en "one-pot-reaktionssekvens" i en enkelt reaktor-oprensning af mellemprodukterne er ikke påkrævet. "Vi har opnået dette ved omhyggeligt at vælge katalysatorer og reaktionsbetingelser - og det sparer tid og penge, "Paul Stockmann forklarer, der udviklede og optimerede den lovende proces.
"Selv i laboratorieskala, vores proces leverer mere end 100 gram diastereomerisk ren lactammonomer pr. produktionsforløb. Denne mængde er tilstrækkelig til indledende undersøgelser af produktionen og evalueringen af ​​den nye plast, "Stockmann sagde. En anden fordel:Der kræves ingen giftige eller miljøfarlige kemikalier til syntesen af ​​lactam.

Biobaseret, gennemsigtig, termisk stabil

Alligevel, det er ikke alt. På grund af den særlige kemiske struktur af 3-carene, sidekæderne af den naturlige forbindelse hæmmer krystallisationen af ​​den resulterende polymer (se infoboks). "Vores biobaserede polymerer er derfor overvejende 'amorfe' og dermed gennemsigtige, hvilket er meget usædvanligt for biobaserede polyamider, siger Dr. Harald Strittmatter, der leder projektet i BioCat -filialen i Straubing. Dette gør de nye polyamider velegnede som beskyttende skjolde, for eksempel i visirer eller skibriller. De kan også produceres med betydeligt mindre energitilførsel end oliebaserede transparente polyamider. I modsætning til anden bioplast, der hovedsageligt er fremstillet af majs, hvede eller kartoffelstivelse, biobaserede polyamider konkurrerer ikke med fødevareproduktion. Hellere, de tilføjer værdi til en affaldsstrøm, der, indtil nu, er blevet brændt til energiproduktion.

En anden fordel:De nye biobaserede polyamider har også fremragende termiske egenskaber. "Glasovergangspunktet for vores polyamider er 110 ° C. De kan derfor også være ved permanent høje temperaturer, f.eks. som komponenter i motorkøretøjets motorrum, "Siger Strittmatter. Det er rigtigt, at polyamider fremstillet af fossile ressourcer har lignende temperaturegenskaber. Men på grund af deres aromatiske domæner-som ikke forekommer i 3-carenbaserede polyamider-misfarves de over tid under påvirkning af UV-lys, begrænser deres potentiale til udendørs applikationer.

Carenlactams giver PA12 og PA6 nye egenskaber

Forskerne har også polymeriseret de biobaserede lactamer med andre kommercielt tilgængelige monomermolekyler - laurolactam (monomer af PA12) og caprolactam (monomer af PA6) - til dannelse af copolymerer. Krystalliniteten og dermed gennemsigtigheden af ​​de nye copolymerer blev signifikant ændret. I princippet, anvendelsesprofilerne for den meget anvendte plast PA12 og PA6 kan potentielt udvides.

Efter yderligere optimering af monomersyntese, kolleger på Fraunhofer Institute for Environmental, Sikkerheds- og energiteknologi UMSICHT i Oberhausen vil overføre processen til 20-liters pilotskalaen og producere større prøveemængder af laktamer. Egenskaberne for de nye polymerer og copolymerer vil derefter blive undersøgt mere detaljeret for at identificere mulige anvendelser. Forskerne har også til hensigt at undersøge bionedbrydeligheden af ​​det nye polyamid. Fraunhofer -forskerne håber, at interesserede virksomheder derefter vil være i stand til at overføre resultaterne til industriel skala.

I krystallinske polymerer, polymerkæderne er justeret på en ordnet måde. Indfaldende lys spredes på de krystallinske strukturer, så plasten fremstår uigennemsigtig eller uklar. Hvis, på den anden side, polymerkæderne er uordnede, for eksempel fordi sidekæderne forstyrrer hinanden, vi taler om amorfe polymerer. Indfaldende lys er ikke spredt; polymererne fremstår gennemsigtige.