Økonomisk syntese af polyacrylater og polymethacrylater fra biobaserede materialer

På trods af industriens bedste indsats for at arbejde hen imod bæredygtighed, de fleste plastik (eller polymerer) er stadig fremstillet ved hjælp af ikke-fornybare fossile brændstoffer. Imidlertid, forskere har nu fundet en økonomisk metode til fremstilling af biobaserede akrylatharpikser. Studiet, offentliggjort i tidsskriftet Angewandte Chemie , viser, hvordan alle syntesetrinene, fra første byggesten til polymerisering, kan udføres i en enkelt reaktor (en gryde), minimere miljøpåvirkningen.

De fleste lakker, klæbemidler og maling er lavet af akrylatharpikser, som er polymerer af akrylsyreestere og methacrylsyreestere. Råmaterialerne, der danner disse estere, er akryl- eller methacrylsyre, og alkoholer. Alkoholerne giver plasten egenskaber, såsom blødhed eller hårdhed, og vandabsorption eller frastødning.

For at gøre disse polyacrylater og polymethacrylater mere bæredygtige, Christophe Thomas og hans team fra Institut de Recherche de Chimie i Paris, Frankrig, brugte alkoholer fra biobaserede eller naturlige kilder, snarere end fossile kilder. Disse omfattede plantebaseret laurylalkohol, mentol, tetrahydrogeraniol (et feromonlignende stof), vanillin, og ethyllactat.

Ud over bæredygtighed gennem vedvarende ressourcer, holdet målrettede også syntese i så få trin som muligt, med andre ord en one-pot proces. Det betød, at de skulle finde katalysatorer, der var egnede til flere trin af processen, og også for at finjustere alle de andre syntesebetingelser, såsom opløsningsmidler, koncentrationer, og temperaturer.

Det første trin i denne form for syntese er aktiveringen af ​​akryl- eller methacrylsyre. Forskerne var i stand til at identificere katalysatorer fra simple salte. Disse stoffer var også velegnede til næste trin, omsætning af de biobaserede alkoholer med akryl- eller methacrylanhydrid (en kondenseret form af syrerne) for at give de tilsvarende estere, som er byggestenene i den efterfølgende polymer.

"Dette monomerfremstillingstrin er yderst effektivt og gjorde det muligt for os at udføre polymerisationen i den samme reaktor, siger Thomas. Således, uden at rense mellemprodukterne, holdet var i sidste ende i stand til at producere blokcopolymerer, som er meget udbredt i plastproduktion, fra to eller tre forskellige individuelle polymerer fremstillet separat.

Holdets biobaserede plastik havde en række gavnlige egenskaber, afhængigt af de monomerer, der udgør dem. For eksempel, harpiksen fremstillet med en mælkesyresidekæde (poly(ELMA)) var hård og skør, mens den fremstillede med den mere fleksible tetrahydrogeraniol-sidekæde (poly(THGA)) var bøjelig ved stuetemperatur. Forfatterne understreger de mange tilgængelige muligheder takket være den brede vifte af biobaserede alkoholer til deres rådighed.

Bortset fra alsidigheden af ​​teamets tilgang, deres one-pot syntese hjælper også med at reducere det miljømæssige fodaftryk. Da oparbejdningsmidler udgør en stor del af E-faktoren, eller miljøpåvirkning, af plastsyntese, one-pot processer uden oparbejdning reducerer naturligvis i høj grad denne faktor. Deres mest succesrige syntese reducerede E-faktoren med tre fjerdedele, viser betydningen af ​​denne forskning.