Syntese af bio-baseret højtydende polyamid fra biogene rester

Et forskerhold fra Fraunhofer Society og det tekniske universitet i München (TUM) ledet af kemiker Volker Sieber har udviklet en ny polyamidfamilie, som kan fremstilles af et biprodukt fra celluloseproduktion - et vellykket eksempel på en mere bæredygtig økonomi med biobaseret materialer.

Polyamider er vigtige plastmaterialer. De kan findes i skibindinger og i biler eller beklædningsgenstande. Kommercielt, de har været fremstillet overvejende af råolie indtil nu; der er blot nogle få "grønne" alternativer, såsom polyamider baseret på ricinusolie.

Biobaserede forbindelser er ofte væsentligt dyrere at fremstille og har derfor kun kunne trænge ind på markedet før nu, hvis de har haft særlige egenskaber.

Et hold ledet af Volker Sieber, Professor i kemi af biogene råmaterialer ved TU München, har nu udviklet en helt ny polyamidfamilie, som kan fremstilles af et biprodukt fra celluloseproduktion.

Ny polyamidfamilie

Det biogene udgangsmateriale, (+)-3-carene, består af to ringe, som er smeltet sammen. Kemikerne ved TUM og Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology (IGB) i Straubing har nu modificeret en af ​​ringene på en sådan måde, at den kan åbnes, giver en lang kæde af molekyler, en polymer.

Den anden ring forbliver intakt her. På denne måde i stedet for en lineær polymerkæde som i traditionelle polyamider, en kæde som bærer mange små ringe og andre sidegrupper kommer frem. Dette giver polymeren helt nye funktioner.

Særlige egenskaber

De nye polyamider imponerer takket være deres specielle egenskaber, som gør dem attraktive til mange anvendelser. For eksempel, de smelter ved højere temperaturer end de konkurrerende råolieprodukter. Ud over, de nye forbindelser kan fremstilles både transparent og delvis krystallinsk hvilket øger dets senere anvendelsesmuligheder ved brug af det samme udgangsstof.

"Ved reaktionsbetingelser og katalysatorer under syntese, vi kan nemt kontrollere, om vi får et gennemsigtigt eller delvist krystallinsk polyamid i sidste ende, "forklarer Sieber." Dog, Grundlaget herfor er frem for alt den specifikke struktur af det biobaserede udgangsmateriale, som ville være meget dyrt at få ud af fossile råvarer."

Øget bæredygtighed

Fra et industrielt synspunkt, det er vigtigt, at syntesen grundlæggende foregår i én reaktionsbeholder. Denne "one-pot"-proces ville ikke blot tillade en betydelig reduktion i omkostningerne, men ville også betyde en klar stigning i bæredygtighed, ifølge Sieber.

Det biogene udgangsmateriale (+)-3-caren kan faktisk destilleres med en høj renhed og forholdsvis lave omkostninger fra terpentinolie, der produceres som et sekundært produkt i celluloseindustrien.

Indtil nu, terpentinolien blev kun opvarmet på cellulosefabrikkerne. "Vi bruger det som et vigtigt udgangsmateriale til plastik, " siger Sieber. "Dette er en enorm værdistigning."

Ingen konkurrence med fødevareproduktion

Sieber påpeger, at med terpentinolie som et biprodukt af skovindustrien, i modsætning til brugen af ​​ricinusolie, vi konkurrerer ikke mod fødevareproduktionen. Forskerne er endnu ikke helt tilfredse med det opnåede samlede udbytte af processen, ved 25 vægtprocent.

"Takket være den enkle skalerbarhed, potentialet for en effektiv proces er meget høj, "siger Paul Stockmann, hvis doktorafhandling ved TUM er baseret på resultaterne. På Fraunhofer IGB, kemikeren arbejder nu på at etablere (+)-3-carenbaserede polyamider på markedet som alternativer til råoliebaserede højtydende polyamider.