Polyamider fra terpener:Amorf Caramid-R og semi-krystallinsk Caramid-S

Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology IGB har udviklet et bæredygtigt alternativ til petrokemisk fremstillet plast ved hjælp af terpener, der findes i harpiksrigt 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, terpentin olie.

Forskere fra Fraunhofer IGB, Bio, Elektro- og kemokatalyse BioCat, Det er lykkedes Straubing at optimere syntesen af ​​lactamer fra 3-caren og den efterfølgende polymerisation til Caramid-R og Caramid-S, repræsentanter for en ny klasse af terpenbaserede polyamider. For nylig, der blev givet patent på synteseprocessen af ​​de nye polyamider ud fra terpener.

One-pot reaktionssekvens og opskalering til 100 liter

Omdannelsen af ​​3-caren til den tilsvarende lactam er mulig i fire på hinanden følgende kemiske reaktioner, der hverken kræver komplekse produktionsfaciliteter eller dyre reagenser. Nøgletrinene til polymerbyggestenene 3S- og 3R-caranlactam er den selektive produktion af den mellemliggende 3S-karanketon og dens selektive omlejring til den isomere 3R-karanketon.

Det særlige er, at omdannelserne kan foregå som en et-beholders reaktionssekvens i en enkelt reaktor. "Dette giver mulighed for at producere laktamer også i simple anlæg uden en kompleks reaktorkaskade. Det er ikke nødvendigt at rense mellemprodukterne, " forklarer Paul Stockmann, som udviklede og optimerede den lovende proces.

Syntesen af ​​monomeren for Caramid-S er nu blevet skaleret til 100-liters skalaen ved Fraunhofer Center for Chemical-Biotechnological Processes CBP, Leuna-afdelingen af ​​Fraunhofer IGB. "I denne pilotproduktion, vi producerede flere kilo monomer, som gør det muligt at skalere polymerisationen til kilogramskalaen, " siger Dr. Harald Strittmatter, som leder TerPa-projektet.

Fremragende termiske egenskaber

Den kemiske struktur af det naturlige stof 3-carene, som hidtil næsten ikke er blevet brugt kommercielt og ville være meget vanskelig at få adgang til fra petrokemiske råvarer, fører til nye polyamider, der indeholder cykliske strukturer langs polymerkæden. På grund af disse ringe og andre substituenter, Caramid-S og Caramid-R har exceptionelle termiske egenskaber sammenlignet med standard polyamider:Blødgøringstemperaturerne (glasovergang) er over 110°C.

Caranlactamer udvider standardpolyamidernes funktionelle egenskaber

Ud over, forskerne har omdannet de biobaserede lactamer til copolymerer med andre kommercielt tilgængelige monomerer - laurolactam til PA12 og caprolactam til PA6. Dette giver mulighed for at ændre egenskaberne såsom gennemsigtigheden af ​​polyamiderne PA6 og PA12, dermed udvide deres ansøgningsprofil.

I øjeblikket, Fraunhofer-forskerne arbejder på yderligere forbedringer af monomersyntesen, som er afgørende for et økonomisk levedygtigt polyamid. Desuden, de undersøger polymerernes egenskaber i detaljer for at identificere potentielle anvendelser og implementere kommerciel brug af biopolyamiderne sammen med industrielle partnere.

Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology IGB bruger en ny, nyligt patenteret proces til udvikling af nye polyamider fra terpen 3-carene, et restmateriale fra celluloseindustrien. De biobaserede polyamider Caramid-R og Caramid-S fremstillet ved hjælp af denne proces repræsenterer en ny klasse af polyamider med fremragende termiske egenskaber. Produktionen af ​​monomeren til Caramid-S blev allerede med succes afprøvet i en 100-liters skala. Fraunhofer-forskerne vil præsentere de nye polyamider på K-messen i Düsseldorf fra 16. til 23. oktober 2019 (Hal 7.0, Stand SC01).