Gør nylon 6-6 grønnere, og uden zink

Udendørs stadionsæder, skibindinger, dækforstærkninger og andre produkter, der kræver styrke, holdbarhed og vejrbestandighed er alle lavet med en type nylon kaldet nylon 6-6. Imidlertid, at fremstille dette materiale kræver en miljøvenlig proces, hvoraf det første trin bruger det truede grundstof zink som katalysator. Nu, forskere har udviklet "grønnere" metoder til dette trin, der bruger alternative metaller. De kan endda være i stand til at erstatte spildjern i form af rust, eller jernoxid, for det truede element.

Forskerne vil præsentere deres resultater i dag på efterårsmødet i American Chemical Society (ACS).

"Ifølge estimater fra ACS Green Chemistry Institute, zink er kun 50 til 100 år væk fra at være udryddet, " siger Amina Aly, en bachelorstuderende, der præsenterer arbejdet på mødet. "Og pt. producenter bruger zink som reduktionsmiddel og katalysator til fremstilling af cyclohexen fra trans-1, 2-dibromcyclohexan, som er det første trin i fem-trins syntesen af ​​nylon 6-6."

"Nylon" er en generel betegnelse for en familie af syntetiske polymerer, kaldet polyamider, der er lavet af gentagne enheder. Forskellige typer nylon, såsom nylon 6 og nylon 6-6, bruge forskellige byggeklodser og har derfor unikke egenskaber. Nylon 6-6 hedder det, fordi det er sammensat af to molekyler, hver med seks kulstofatomer, der er knyttet sammen som den gentagende enhed.

For at finde en erstatning for zink, Aly, der er i laboratoriet hos Brian Agee, Ph.D., ved Augusta University, kiggede på andre metaller, der var i nærheden i det periodiske system og havde lignende kemiske egenskaber. Andre kriterier var, at metallerne skulle være mere rigelige end zink og sikre at arbejde med. Holdet valgte at studere kobolt, aluminium, jern, kobber og nikkel som mulige katalysatorer ved fremstilling af cyclohexen. Ud over, forskerne ønskede at identificere grønnere metoder, der sparer energi og vand, mens du bruger mindre skrappe kemikalier. Så, de inkorporerede en solreflekterende skål i stedet for en elektrisk kogeplade og en vandbesparende kondensator i stedet for en almindelig kondensator. Også, holdet byttede propylenglycol med den mere farlige ethylenglycol som varmeoverførselsmiddel i den vandbesparende kondensator, som afkøler reaktionen uden at kræve en kontinuerlig strøm af koldt vand som almindelige kondensatorer.

Aly fandt ud af, at jern var den bedste testede katalysator hidtil, med kun lidt lavere udbytter end zink. "Vi fandt også ud af, at solenergi virkelig er vejen at gå, når det kommer til denne syntese, fordi solen er meget stærkere end nogen varmeplade, du kommer til at finde, og meget hurtigere, " siger hun. At udføre syntesen udenfor med en solreflektor krævede kun 30 minutter, sammenlignet med 3-4 timer i laboratoriet ved brug af en varmeplade. Forskerne fandt også ud af, at forøgelse af tilbagesvalingstiden – opvarmning af reaktionen i et bestemt tidsrum og brug af en kondensator til kontinuerligt at afkøle de producerede dampe for at omdanne dem tilbage til flydende form – fra 15 minutter til 30 minutter øgede udbyttet væsentligt. . "Da vi bruger solens strålende energi, vi spilder ikke elektricitet med ekstra varme, " Agee noter. Forskerne siger, at deres metoder let kunne skaleres op til industriel nylon 6-6 fremstilling.

Selvom jern er et rigeligt metal, Aly og Agee vil prøve at katalysere reaktionen med et endnu mere miljøvenligt jernaffaldsprodukt, der kan findes overalt, hvor metal efterlades udenfor for at blive vådt:jernoxid, eller rust. "Hvis jernoxid købt fra et kemisk firma virker for reaktionen, Jeg overvejer seriøst at tage hjem til mine forældre og skrabe lidt rust af deres stald for at prøve. " siger Agee. "Fordi som en grøn kemiker, hvilken bedre kilde til en katalysator end noget, du kan få overalt?"