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– A síntese de poliamida de alto desempenho com base biológica a partir de resíduos biogênicos
Cortesia TUM: Uma equipe de pesquisa da Fraunhofer Society e da Universidade Técnica de Munique (TUM) liderada pelo químico Volker Sieber desenvolveu uma nova poliamida que pode ser produzida a partir de um subproduto da produção de celulose – um exemplo bem-sucedido de uma economia mais sustentável com base biológica materiais.
As poliamidas são plásticos importantes. Eles podem ser encontrados em ligações de esqui e em carros ou peças de vestuário. Comercialmente, eles foram produzidos predominantemente a partir de petróleo bruto até agora; existem apenas algumas alternativas “verdes”, como poliamidas à base de óleo de mamona.
Os compostos de base biológica costumam ser significativamente mais caros de produzir e, portanto, só foram capazes de penetrar no mercado antes de agora se eles tivessem propriedades particulares.
Uma equipe liderada por Volker Sieber, professor de química de matérias-primas biogênicas da TU Munique, desenvolveu agora uma família de poliamida completamente nova que pode ser produzida a partir de um subproduto da produção de celulose.
Nova família de poliamida
O material de partida biogênico, (+) – 3-careno, é composto de dois anéis que são fundidos um ao outro. Os químicos do TUM e do Instituto Fraunhofer de Engenharia Interfacial e Biotecnologia (IGB) em Straubing agora modificaram um dos anéis de tal maneira que ele pode ser aberto, produzindo uma longa cadeia de moléculas, um polímero.
O segundo toque permanece intacto aqui. Dessa maneira, em vez de uma cadeia linear de polímeros como nas poliamidas tradicionais, emerge uma cadeia que possui muitos anéis pequenos e outros grupos laterais. Isso confere ao polímero funções completamente novas.
Propriedades especiais
As novas poliamidas impressionam graças às suas propriedades especiais que as tornam atraentes para muitas aplicações. Por exemplo, eles derretem a temperaturas mais altas do que os produtos derivados da concorrência. Além disso, os novos compostos podem ser produzidos de forma transparente e parcialmente cristalina, o que aumenta suas possibilidades de aplicação posterior usando a mesma substância inicial.
“Por meio de condições de reação e catalisadores durante a síntese, podemos controlar facilmente se obteremos uma poliamida transparente ou parcialmente cristalina no final”, explica Sieber. “No entanto, a base para isso é oferecida acima de tudo pela estrutura específica do material de base biológica, que seria muito caro para obter a partir de matérias-primas fósseis.”
Aumentando a sustentabilidade
Do ponto de vista industrial, é importante que a síntese ocorra basicamente em um recipiente de reação. Esse processo “one-pot” não apenas permitiria uma redução significativa de custos, mas também significaria um claro aumento na sustentabilidade, de acordo com Sieber.
O material inicial biogênico (+) – 3-careno pode realmente ser destilado com alta pureza e custo comparativamente baixo do óleo de aguarrás produzido como produto secundário na indústria de celulose.
Até agora, o óleo de aguarrás era aquecido apenas nas fábricas de celulose. “Nós o usamos como um material inicial essencial para plásticos”, diz Sieber. “Este é um enorme aumento de valor”.
Sem concorrência com a produção de alimentos
Sieber ressalta que, com o óleo de aguarrás sendo um produto secundário da indústria florestal, ao contrário do uso de óleo de mamona, não estamos competindo contra a produção de alimentos. Os pesquisadores ainda não estão completamente satisfeitos com o rendimento geral alcançado do processo, isso é de 25% em massa.
“Graças à simples escalabilidade, o potencial para um processo eficiente é muito alto”, diz Paul Stockmann, cuja tese de doutorado na TUM se baseia nas descobertas. No Fraunhofer IGB, o químico está agora trabalhando no estabelecimento de poliamidas à base de (+) – 3-carenas no mercado como alternativas às poliamidas de alto desempenho à base de petróleo bruto.
Publicação:
Poliamidas quirais semi-cristalinas ou amorfas de alto desempenho e sua síntese estereosseletiva escalável.
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
Fontes: TUM Fraunhofer IGB
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