Fyrresaftbaseret plastik:En potentiel gamechanger for fremtidens bæredygtige materialer

I løbet af de sidste 100 år, plastik og polymerer har ændret den måde, verden fungerer på, fra fly og biler til computere og mobiltelefoner-næsten alle er sammensat af fossile brændstofbaserede forbindelser. Et forskningshold fra Florida State Universitys opdagelse af en ny plast afledt af fyrresaft har potentialet til at være en gamechanger for nye bæredygtige materialer.

Lektor i kemi og biokemi Justin Kennemur, hovedforsker på undersøgelsen med detaljer om den nye opdagelse, sagde, at dette var et væsentligt skridt i den rigtige retning for ny plast og er en gateway-opdagelse, der kan føre til flere nye materialer.

"Det, vi ved i øjeblikket, er dette glasagtige, termisk stabil plast kan smeltes og formes ved en højere temperatur og afkøles til en hård plast ved omgivende temperaturer, " sagde Kennemur. "Et af de næste mål er at lære nogle af de mekaniske egenskaber ved disse polymerer. Imidlertid, dette materiale har mange strukturelle egenskaber, der afspejler det plastik, vi bruger hver dag, så der er løfte om et væld af ansøgninger."

Teamets resultater blev offentliggjort i tidsskriftet ACS makrobogstaver .

"Noghalvfems procent af plastik i dag er produceret af begrænsede fossile brændstoffer med stigende efterspørgsel og begrænset geografisk tilgængelighed, " sagde han. "Producerer materialer fra vedvarende ressourcer, og især fyrresaft, som kan høstes uden at dræbe træet, er en bemærkelsesværdig indsats. "

Alfa-pinen, det mest udbredte molekyle fremstillet af fyrresaft, er notorisk svært at omdanne til plast, så det har i øjeblikket begrænsede anvendelser. Det findes primært i terpentinbaserede rengøringsmidler og opløsningsmidler. Mark Yarolimek, en FSU ph.d.-studerende i polymerkemi, der ledede undersøgelsen, først syntetisk modificerede alfa-pinen for at gøre forbindelsen kendt som delta-pinen.

"Jeg satte alfa-pinen gennem en række kemiske reaktioner, flere rensninger, og nogle forsøg og fejl, som til sidst viste sig at være vellykket med at konvertere det til delta-pinen, "sagde han." Når vi fik renset flydende delta-pinen, Jeg konverterede det til den resulterende plast, poly-delta-pinen, gennem en sidste kemisk reaktion."

Yarolimek og Heather Bogbinder, som fungerede som bachelorforsker på projektet, inden han blev færdiguddannet med en bachelor i træningsfysiologi i 2020, udførte derefter en række "polymerisationer" - kemiske reaktioner for at omdanne små flydende molekyler til faste makromolekyler - for at teste, hvor effektivt dette molekyle var til at blive en plastik.

Disse test omfattede måling af, hvor meget delta-pinen, der blev omdannet til plast i en enkelt reaktion, hvor godt forskerne kunne kontrollere molekylevækst, og hvordan tilstandsvariabilitet påvirkede materialerne. De karakteriserede også plastens forskellige materialeegenskaber, såsom hvilken temperatur polymeren smelter ved, og hvor meget varme den kan modstå, før den nedbrydes, samt udforskning af materialernes molekylære struktur.

Brianna Coia, en kandidat forsker i Kennemur Group, analyserede samtidig delta-pinen for at forstå, om den besad de korrekte termodynamiske egenskaber til at undergå polymerisation. Med ressourcer fra FSU Research Computing Center, Coia udførte tæthedsfunktionsteoretiske beregninger, og hendes beregningsresultater svarede godt til Yarolimek og Bookbinders eksperimentelle resultater.

Yarolimek sagde at konvertere sådanne biomassemolekyler til nye højtydende plastmaterialer, som denne, er afgørende for at fortsætte vores livsstil. Holdet har allerede arbejdet med FSU Office of Commercialization for at indgive patent på det materiale, de opdagede.

"I stedet for at gå tilbage til 1700 -tallet, når råolie løber tør, skiftet til biobaseret plast vil give os mulighed for at skubbe længere frem i det næste, " han sagde.

At lave ny biobaseret plast er kun halvdelen af ​​samtalen - den anden involverer plastens endelige skæbne, sagde Kennemur. For dette højtydende materiale, at have en kort holdbarhed fra at være biologisk nedbrydeligt ville være uønsket, men det mangler stadig en måde at blive genbrugt på. Det kan betyde udvikling af nedbrydningsprocesser via en kemisk stimulus.

"Vores forskning er investeret i begge dele. Vi laver nye materialer, men vi undersøger også deres kemiske genanvendelighed, " sagde han. "Vi lavede denne nye plastik, men dette er kun begyndelsen. Vi skal også lære at fjerne plasten, og vi har planer om at begynde at undersøge det. "

Kennemur sagde, at hans studerende forskere stort set fortjener æren for opdagelsen, mens hans rolle var at vejlede deres indsats.

"At være en del af dette forskerhold var nok en af ​​de mest lærerige og interessante oplevelser, jeg havde i min tid på FSU, "Bogbind sagde." Efter min mening, praktisk erfaring er den mest engagerende måde at lære på og har en langvarig effekt. Jeg vil fortælle om forskningen og min rolle i oplevelsen resten af ​​mit liv."