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– La síntesis de poliamida de alto rendimiento con base biológica a partir de residuos biogénicos
Cortesia TUM: Un equipo de investigación de la Sociedad Fraunhofer y la Universidad Técnica de Múnich (TUM) dirigido por el químico Volker Sieber ha desarrollado una nueva poliamida que se puede producir a partir de un subproducto de la producción de celulosa, un ejemplo exitoso para una economía más sostenible con base biológica materiales.
Las poliamidas son plásticos importantes. Se pueden encontrar en fijaciones de esquí y en automóviles o prendas de vestir. Comercialmente, se han hecho predominantemente de petróleo crudo hasta ahora; solo hay algunas alternativas “verdes”, como las poliamidas a base de aceite de ricino.
Los compuestos de base biológica a menudo son significativamente más caros de producir y, por lo tanto, solo han podido penetrar en el mercado antes si han tenido propiedades particulares.
Un equipo dirigido por Volker Sieber, profesor de Química de materias primas biogénicas en TU Munich, ha desarrollado una familia de poliamidas completamente nueva que se puede producir a partir de un subproducto de la producción de celulosa.
Nueva familia de poliamidas
El material de partida biogénico, () -3-careno, está formado por dos anillos que están fusionados entre sí. Los químicos del TUM y el Instituto Fraunhofer de Ingeniería Interfacial y Biotecnología (IGB) en Straubing ahora han modificado uno de los anillos de tal manera que pueda abrirse, produciendo una larga cadena de moléculas, un polímero.
El segundo anillo permanece intacto aquí. De esta manera, en lugar de una cadena de polímero lineal como en las poliamidas tradicionales, emerge una cadena que lleva muchos anillos pequeños y otros grupos laterales. Esto le da al polímero funciones completamente nuevas.
Propiedades especiales
Las nuevas poliamidas impresionan gracias a sus propiedades especiales que las hacen atractivas para muchas aplicaciones. Por ejemplo, se funden a temperaturas más altas que los productos derivados del petróleo crudo de la competencia. Además, los nuevos compuestos se pueden producir de forma transparente y parcialmente cristalina, lo que aumenta sus posibilidades de aplicación posterior utilizando la misma sustancia de partida.
“A modo de condiciones de reacción y catalizadores durante la síntesis, podemos controlar fácilmente si al final obtendremos una poliamida transparente o parcialmente cristalina”, explica Sieber. “Sin embargo, la base para esto se ofrece sobre todo por la estructura específica del material de partida de base biológica que sería muy costoso obtener de las materias primas fósiles”.
Aumentando la sostenibilidad
Desde un punto de vista industrial, es importante que la síntesis tenga lugar básicamente en un recipiente de reacción. Según Sieber, este proceso “único” no solo permitiría una reducción significativa de los costos, sino que también significaría un claro aumento de la sostenibilidad.
El material de partida biogénico () -3-careno en realidad puede destilarse con una alta pureza y un costo comparativamente bajo del aceite de trementina producido como producto secundario en la industria de la celulosa.
Hasta ahora, el aceite de trementina solo se calentaba en las fábricas de celulosa. “Lo usamos como un material de partida vital para los plásticos”, dice Sieber. “Este es un enorme aumento de valor”.
No hay competencia con la producción de alimentos.
Sieber señala que, dado que el aceite de trementina es un producto secundario de la industria forestal, a diferencia del uso del aceite de ricino, no estamos compitiendo contra la producción de alimentos. Los investigadores aún no están completamente satisfechos con el rendimiento global logrado del proceso, esto es al 25 por ciento en masa.
Imagen: C. Zollfrank / TUM
“Gracias a la escalabilidad simple, el potencial para un proceso eficiente es muy alto”, dice Paul Stockmann, cuya tesis doctoral en el TUM se basa en los hallazgos. En el Fraunhofer IGB, el químico ahora está trabajando en el establecimiento de poliamidas a base de (-3-careno) en el mercado como alternativas a las poliamidas de alto rendimiento a base de petróleo crudo.
Publicación:
Poliamidas quirales semicristalinas o amorfas de alto rendimiento de base biológica y su síntesis estereoselectiva escalable.
Paul N. Stockmann, Daniel Van Opdenbosch, Alexander Poethig, Dominik L. Pastoetter, Moritz Hoehenberger, Sebastian Lessig, Johannes Raab, Marion Woelbing, Claudia Falcke, Malte Winnacker, Cordt Zollfrank, Harald Strittmatter, Volker Sieber. Nature Communications 24.01.2020 – DOI: 10.1038 / s41467-020-14361-6
Fuentes: TUM Fraunhofer IGB
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