science >> Wetenschap >  >> Chemie

Nylon 6-6 groener maken, en zonder zink

Een zonnereflector gebruikt energie van de zon om een ​​chemische reactie te verhitten om nylon 6-6 te maken. Krediet:Brian Agee

Openluchtstadionzetels, ski bindingen, bandversterkingen en andere producten die sterkte vereisen, duurzaamheid en weersbestendigheid zijn allemaal gemaakt van een type nylon dat nylon 6-6 wordt genoemd. Echter, het produceren van dit materiaal vereist een milieuonvriendelijk proces, waarvan de eerste stap het bedreigde element zink als katalysator gebruikt. Nutsvoorzieningen, onderzoekers hebben voor deze stap "groenere" methoden ontwikkeld die alternatieve metalen gebruiken. Ze kunnen misschien zelfs afvalijzer vervangen in de vorm van roest, of ijzeroxide, voor het bedreigde element.

De onderzoekers presenteren hun resultaten vandaag op de najaarsbijeenkomst van de American Chemical Society (ACS).

"Volgens schattingen van het ACS Green Chemistry Institute, zink is slechts 50 tot 100 jaar verwijderd van uitsterven, " zegt Amina Aly, een student die het werk presenteert op de bijeenkomst. "En momenteel fabrikanten gebruiken zink als reductiemiddel en katalysator voor het maken van cyclohexeen van trans-1, 2-dibroomcyclohexaan, dat is de eerste stap in de vijfstapssynthese van nylon 6-6."

"Nylon" is een algemene term voor een familie van synthetische polymeren, polyamiden genoemd, die zijn gemaakt van herhalende eenheden. Verschillende soorten nylons, zoals nylon 6 en nylon 6-6, gebruiken verschillende bouwstenen en hebben daardoor unieke eigenschappen. Nylon 6-6 wordt zo genoemd omdat het is samengesteld uit twee moleculen, elk met zes koolstofatomen, die aan elkaar zijn gekoppeld als de herhalende eenheid.

Om een ​​vervanger voor zink te vinden, Aly, die in het lab van Brian Agee is, doctoraat, aan de Augusta-universiteit, keek naar andere metalen die in het periodiek systeem in de buurt waren en vergelijkbare chemische eigenschappen hadden. Andere criteria waren dat de metalen overvloediger moesten zijn dan zink en veilig om mee te werken. Het team koos ervoor om kobalt te bestuderen, aluminium, ijzer, koper en nikkel als mogelijke katalysatoren bij de productie van cyclohexeen. In aanvulling, wilden de onderzoekers groenere methoden identificeren die energie en water besparen, terwijl u minder agressieve chemicaliën gebruikt. Dus, ze bevatten een zonnereflecterende schotel in plaats van een elektrische kookplaat en een waterbesparende condensor in plaats van een gewone condensor. Ook, het team ruilde propyleenglycol voor het gevaarlijkere ethyleenglycol als warmteoverdrachtsmiddel in de waterbesparende condensor, die de reactie afkoelt zonder dat er een continue stroom koud water nodig is, zoals bij gewone condensors.

Aly ontdekte dat ijzer de beste katalysator was die tot nu toe is getest, met slechts iets lagere opbrengsten dan zink. "We ontdekten ook dat zonne-energie echt de beste keuze is als het gaat om deze synthese, omdat de zon veel sterker is dan welke kookplaat dan ook die je gaat vinden, en veel sneller " zegt ze. De synthese buiten uitvoeren met een zonnereflector kostte slechts 30 minuten, vergeleken met 3-4 uur in het lab met een hete plaat. De onderzoekers ontdekten ook dat het verlengen van de refluxtijd – het verwarmen van de reactie gedurende een bepaalde tijd en het gebruik van een condensor om de geproduceerde dampen continu af te koelen om ze weer in vloeibare vorm om te zetten – van 15 minuten naar 30 minuten de opbrengst aanzienlijk verhoogde . "Omdat we de stralingsenergie van de zon gebruiken, we verspillen geen elektriciteit met extra verwarming, "Agee merkt op. De onderzoekers zeggen dat hun methoden gemakkelijk kunnen worden opgeschaald voor industriële nylon 6-6-productie.

Hoewel ijzer een overvloedig metaal is, Aly en Agee willen proberen de reactie te katalyseren met een nog milieuvriendelijker ijzerafvalproduct dat overal te vinden is waar metaal buiten wordt achtergelaten om nat te worden:ijzeroxide, of roest. "Als ijzeroxide, gekocht van een chemisch bedrijf, voor de reactie werkt, Ik overweeg serieus om naar het huis van mijn ouders te gaan en wat roest van hun schuur te schrapen om te proberen, " zegt Agee. "Omdat als groene chemicus, wat is een betere bron voor een katalysator dan iets dat je overal kunt krijgen?"