Het vinden van innovatieve en duurzame oplossingen voor onze materiële behoeften is een van de kerndoelen van groene chemie. De talloze kunststoffen die ons dagelijks leven omhullen - van matrassen tot voedsel en auto's - zijn meestal gemaakt van op olie gebaseerde monomeren, de bouwstenen van polymeren. Daarom, het vinden van biobased monomeren voor polymeersynthese is aantrekkelijk om duurzamere oplossingen te vinden in materiaalontwikkeling.

In een paper gepubliceerd in ACS Duurzame Chemie &Engineering , onderzoekers van de Kleij-groep presenteren een nieuwe route om biobased polyesters met afstembare eigenschappen te maken. De onderzoekers bouwen voort op de multifunctionele structuur van het terpeen β-elemeen:drie dubbele bindingen die een duidelijke reactiviteit hebben, waardoor deze bindingen selectief kunnen worden getransformeerd en zo de functionaliteiten in de ruggengraat van het polymeer kunnen worden aangepast. "Deze multifunctionele terpeensteiger is vrij uniek en maakt het mogelijk om de structurele diversiteit te verfijnen en prospectief de polymeer- en materiaaleigenschappen te moduleren, " legt Arjan Kleij uit, ICIQ-groepsleider en ICREA-hoogleraar.

ACS Kleij gemberwortelIn samenwerking met het bedrijf Isobionics, de onderzoekers gebruikten β-elemene verkregen via een innovatieve suikerfermentatieroute. Dit proces is een veelbelovende start gebleken voor het gebruik van β-elemeen als grondstof voor polymerisatie. "De suikerfermentatieroute van Isobionic verandert de schaal van de beschikbaarheid van β-elemeen volledig, die nu kan worden gebruikt bij de productie van polymeren, " legt Francesco Della Monica uit, postdoctoraal onderzoeker in de Kleij-groep die werkt in het Europese SUPREME-project, een MSCActions Individual Fellowship en eerste auteur van het artikel.

Via een ringopening-copolymerisatiereactie (ROCOP), de onderzoekers combineerden β-elemeenoxiden en ftaalzuuranhydride (een veelgebruikt monomeer dat wordt gebruikt bij de bereiding van polyesters) om het biobased lineaire polymeer poly (BEM-alt-PA) en de bijbehorende structuur te creëren, crosslinked-poly (BED-alt-PA). Deze transformaties werden bereikt met katalytische systemen (ijzer- en aluminiumaminotrifenolaatcomplexen gecombineerd met bis-(trifenylfosfine)iminiumchloride) die eerder door de groep waren ontwikkeld met behulp van niet-kritieke, overvloedige elementen voor katalytische polymerisatie.

Zodra de polyester is voorbereid, er zijn twee resterende dubbele bindingen van de oorspronkelijke terpeenbouwsteen die gemakkelijk en selectief kunnen worden aangepakt en gefunctionaliseerd, waardoor het uiteindelijke polyester op maat kan worden gemaakt. "Deze post-modificatiereacties op een biobased polymeer zijn vrij zeldzaam. De meeste biobased monomeren die beschikbaar zijn, hebben geen functionaliteiten, " merkt Della Monica op.

Het papier is een startpunt voor de verdere ontwikkeling van op β-elemeen gebaseerde polymeren waarmee de eigenschappen van het uiteindelijke materiaal (afhankelijk van het gebruik) kunnen worden aangepast door middel van eenvoudige modificaties na de polymerisatie. Het papier gaat niet in op de biologische afbraak van het materiaal, hoewel voor Della Monica, "afhankelijk van het uiteindelijke gebruik, het ideale is misschien niet biologische afbraak, maar om een ​​recyclebaar polymeer te maken:d.w.z. neem een ​​startmateriaal, maak het polymeer, gebruik het, herstel het, en vervolgens op een gecontroleerde manier afbreken en dat materiaal opnieuw gebruiken. Nu we het idee van een circulaire economie binnen handbereik hebben, we hebben circulaire processen nodig, ’ concludeert de wetenschapper.