Den højeste varmebestandige plast nogensinde er udviklet af biomasse

Brugen af ​​biomasseafledt plast er en af ​​de vigtigste bekymringer for at etablere et bæredygtigt samfund, som er indarbejdet som et af målene for bæredygtig udvikling. Imidlertid, brugen af ​​det meste af biomasseafledt plast er begrænset på grund af deres lave varmebestandighed. Samarbejdsforskning mellem JAIST og U-Tokyo har med succes udviklet den hvid-bioteknologiske omdannelse fra cellulosebiomasse til de aromatiske polymerer, der har den højeste termiske nedbrydning af alt det plast, der nogensinde er rapporteret.

Udvikling af nye energieffektive materialer ved hjælp af biomasse er grænser for at skabe et bæredygtigt miljø. Letvægtsplast fremstillet af vedvarende biomasse er en forudsætning for at udvikle en cirkulær økonomi. Imidlertid, i øjeblikket tilgængelige bioplastik er for det meste alifatisk (f.eks. PLA, PHA, PA11, osv.) og består således af dårlig termostabilitet, hvilket begrænser deres yderligere anvendelser. Aromatiske rygradsbaserede polymerer anses i vid udstrækning for deres høje varmebestandighed (f.eks. Zylon, Celazol, Kapton, osv.), men udvikling af aromatiske heterocykliske monomerer fra biomasse er sjældne på grund af vanskeligheder med at kontrollere deres struktur.

To specifikke aromatiske molekyler, 3-amino-4-hydroxybenzoesyre (AHBA) og 4-aminobenzoesyre (ABA) blev fremstillet af kraftpulp, et uspiselig celluloseholdigt råmateriale af prof. Ohnishi og hans forskerhold i U-Tokyo. Rekombinante mikroorganismer øgede produktiviteten af ​​de aromatiske monomerer selektivt og inhiberede dannelsen af ​​biprodukterne. Prof. Kaneko og hans forskerhold i JAIST har kemisk omdannet AHBA til 3, 4-diaminobenzoesyre (DABA); som efterfølgende blev polymeriseret til poly(2, 5-benzimidazol) (ABPBI) via polykondensation og forarbejdet til termoresistent film. Også, inkorporering af en meget lille mængde ABA med DABA øger dramatisk varmebestandigheden af ​​den resulterende copolymer og forarbejdede film tilskriver den højeste termostabile plast, der er registreret (figur 1). Density functional theory (DFT)-beregninger bekræftede, at den lille ABA-inkorporering styrkede interchain-hydrogenbindingen mellem imidazoler, selvom π-konjugerede benzen/heterocykliske gentagelser er blevet betragtet som den mest ideelle termoresistente plast i omkring 40 år.

Organisk plast overlegen i termostabilitet (over 740 °C), blev udviklet fra uspiselige råmaterialer i biomasse uden at bruge tunge uorganiske fyldstoffer og dermed lette i naturen. Et sådant innovativt molekylært design af polymerer med ultrahøj termomodstand ved at kontrollere π-konjugering kan bidrage til at etablere et bæredygtigt kulstofnegativt samfund, og energibesparelse ved vægtbesparelse.