Een onderzoeksteam van de Fraunhofer Society en de Technische Universiteit van München (TUM) onder leiding van chemicus Volker Sieber heeft een nieuwe polyamidefamilie ontwikkeld die kan worden geproduceerd uit een bijproduct van de productie van cellulose - een succesvol voorbeeld voor een duurzamere economie met biogebaseerde materialen.

Polyamiden zijn belangrijke kunststoffen. Ze zijn te vinden in skibindingen en in auto's of kledingstukken. commercieel, ze zijn tot nu toe voornamelijk gemaakt van ruwe olie; er zijn maar een paar "groene" alternatieven, zoals polyamiden op basis van ricinusolie.

Biobased compounds zijn vaak aanzienlijk duurder om te produceren en zijn daarom tot nu toe alleen op de markt gekomen als ze bepaalde eigenschappen hebben.

Een team onder leiding van Volker Sieber, Hoogleraar Chemie van Biogene Grondstoffen aan de TU München, heeft nu een volledig nieuwe polyamidefamilie ontwikkeld die kan worden geproduceerd uit een bijproduct van de productie van cellulose.

Nieuwe polyamide-familie

Het biogene uitgangsmateriaal, (+)-3-careen, bestaat uit twee ringen die met elkaar versmolten zijn. De chemici van de TUM en het Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology (IGB) in Straubing hebben nu een van de ringen zo gemodificeerd dat deze kan worden geopend, waardoor een lange keten van moleculen ontstaat, een polymeer.

De tweede ring blijft hier intact. Op deze manier, in plaats van een lineaire polymeerketen zoals in traditionele polyamiden, er ontstaat een ketting die veel kleine ringen en andere zijgroepen draagt. Dit geeft het polymeer volledig nieuwe functies.

Bijzondere eigenschappen

De nieuwe polyamiden overtuigen door hun bijzondere eigenschappen die ze aantrekkelijk maken voor vele toepassingen. Bijvoorbeeld, ze smelten bij hogere temperaturen dan de concurrerende van aardolie afgeleide producten. In aanvulling, de nieuwe verbindingen kunnen zowel transparant als gedeeltelijk kristallijn worden geproduceerd, waardoor de latere toepassingsmogelijkheden met dezelfde uitgangsstof toenemen.

"Door reactieomstandigheden en katalysatoren tijdens de synthese, we kunnen gemakkelijk controleren of we uiteindelijk een transparant of gedeeltelijk kristallijn polyamide krijgen, " legt Sieber uit. "Echter, de basis hiervoor wordt vooral geboden door de specifieke structuur van het biobased uitgangsmateriaal dat erg duur zou zijn om uit fossiele grondstoffen te halen."

Duurzaamheid vergroten

Vanuit industrieel oogpunt het is belangrijk dat de synthese in principe in één reactievat plaatsvindt. Dit "eenpans"-proces zou niet alleen een aanzienlijke verlaging van de kosten mogelijk maken, maar zou ook een duidelijke verhoging van de duurzaamheid betekenen, volgens Sieber.

Het biogene uitgangsmateriaal (+)-3-careen kan met een hoge zuiverheid en relatief lage kosten worden gedestilleerd uit de terpentijnolie die als secundair product in de cellulose-industrie wordt geproduceerd.

Tot nu toe, de terpentijnolie werd alleen in de cellulosefabrieken verhit. "We gebruiken het als een essentieel uitgangsmateriaal voor kunststoffen, ", zegt Sieber. "Dit is een enorme waardestijging."

Geen concurrentie met voedselproductie

Sieber wijst erop dat, aangezien terpentijnolie een bijproduct van de bosbouwindustrie is, in tegenstelling tot het gebruik van ricinusolie, we concurreren niet met de voedselproductie. De onderzoekers zijn nog niet helemaal tevreden met het behaalde totaalrendement van het proces, op 25 massaprocent.

"Dankzij de eenvoudige schaalbaarheid, het potentieel voor een efficiënt proces is zeer groot, " zegt Paul Stockmann, wiens proefschrift aan de TUM is gebaseerd op de bevindingen. Bij de Fraunhofer IGB, de chemicus werkt nu aan het op de markt brengen van op (+)-3-careen gebaseerde polyamiden als alternatief voor hoogwaardige polyamiden op basis van ruwe olie.