Een van de meest succesvolle kunststoffen is polyethyleentereftalaat (PET), het materiaal dat we gebruiken om flessen en vezels voor kleding te maken. Echter, PET is gemaakt van op aardolie gebaseerde bouwstenen. Een alternatief voor PET kan gemaakt worden van biobased furaanmoleculen, maar om deze furanen te polymeriseren heb je giftige katalysatoren en hoge temperaturen nodig. Nutsvoorzieningen, polymeerchemici van de Rijksuniversiteit Groningen, onder leiding van prof.dr. Katja Loos, hebben een op enzymen gebaseerde polymerisatiemethode beschreven. Hun resultaten werden gepubliceerd in het tijdschrift ChemSusChem op 29 januari.

PET wordt gebruikt om frisdrankflessen te maken omdat het uitstekende barrière-eigenschappen heeft, die het bruisen binnen houdt. "Maar polymeren op basis van furaan zijn een goed alternatief, " zegt Katja Loos. Furans, die worden gekenmerkt door een aromatische ring met vier koolstofatomen en één zuurstofatoom, kan worden gemaakt van uit biomassa afgeleide suikers, en gepolymeriseerd tot polyethyleen 2, 5-furandicarboxylaat (PEF). Van furanen kunnen ook andere copolyesters worden gemaakt, resulterend in kunststoffen met verschillende eigenschappen.

Enzymen

"Furanen worden voornamelijk geproduceerd met enzymen. Maar voor de polymerisatie, dezelfde processen worden gebruikt die de afgelopen 70 jaar zijn gebruikt voor de productie van PET, ", zegt Loos. Giftige op metaal gebaseerde katalysatoren en hoge temperaturen die nodig zijn voor dit proces, maken het niet erg milieuvriendelijk.

Daarom zochten Loos en haar collega's naar een alternatieve polymerisatiemethode, een die enzymen gebruikt. "Uiteindelijk vonden we een commercieel verkrijgbaar enzym dat dit zou doen, " zegt Loos. De polymeren worden gemaakt door furanen te combineren met lineaire monomeren, hetzij alifatische diolen of dizure ethylesters. het enzym Candida antarctica lipase B (CALB) is een lipase dat esterbindingen afbreekt, maar de polymerisatie vereist het creëren van deze bindingen. Dit lijkt misschien contra-intuïtief, maar het is niet, legt Loos uit:"Enzymen katalyseren evenwichtsreacties, en we hebben het evenwicht eenvoudigweg naar de vorming van esterbindingen geduwd."

Verrassend

In hun krant de wetenschappers beschrijven hoe CALB en een aantal furanen en lineaire monomeren worden gebruikt om verschillende copolyesters te vormen. Ze slaagden erin het gehalte aan aromatische eenheden in de polyester te verhogen tot een punt dat de eigenschappen van PET overtreft. De enzymatische polymerisatie, daarom, lijkt een levensvatbaar alternatief te zijn voor de huidige katalytische polymerisatie.

"Bij onze experimenten we gebruikten ether als oplosmiddel, wat je niet wilt in een fabrieksinstelling. Maar aangezien het smeltpunt van furanen vrij laag is, we zijn ervan overtuigd dat enzymatische polymerisatie ook in vloeibare monomeren zal werken, ' zegt Loos.

Aangezien het CALB-enzym in de handel verkrijgbaar is, het is verrassend dat niemand het eerder had gebruikt om het proces van giftige katalysatoren en hoge temperaturen te vermijden. De enige verklaring die Loos kan bieden is dat de meeste polyester productielijnen zijn ingericht op het gebruik van deze klassieke reacties, in plaats van het enzymatische alternatief. En het veranderen van een productielijn is duur. "Echter, ons enzymatische polymerisatieproces zou ideaal zijn voor nieuwe bedrijven die werken aan groene alternatieven voor PET."