Создана альтернатива сырой нефти из побочного продукта производства целлюлозы

Исследовательская группа из Общества Фраунгофера и технического университета Мюнхена (TUM) во главе с Химиком Фолькером Зибером разработала новое семейство полиамидов, которые могут быть получены из побочного продукта производства целлюлозы – успешного примера для более устойчивой экономики с использованием биоматериалов.

Полиамиды являются важными пластиками. Они могут быть найдены от автомобилей до предметов одежды. Коммерчески они до сих пор изготавливались преимущественно из сырой нефти; есть лишь несколько “зеленых” альтернатив, таких как полиамиды на основе касторового масла.

Биосодержащие соединения зачастую значительно дороже в производстве и поэтому до сих пор могли проникать на рынок только в том случае, если они обладали определенными свойствами.

Команда, возглавляемая Фолькером Зибером, профессором химии биогенного сырья в TU Munich, в настоящее время разработала совершенно новое семейство полиамидов, которое может быть получено из побочного продукта производства целлюлозы.

Биогенный исходный материал, (+) - 3-Карен, состоит из двух колец, которые сплавлены друг с другом. Химики из TUM и Института Фраунгофера по межфазной инженерии и биотехнологии (IGB) в Straubing теперь модифицировали одно из колец таким образом, что оно может быть открыто, давая длинную цепочку молекул, полимер.

Второе кольцо здесь остается нетронутым. Таким образом, вместо линейной полимерной цепи, как в традиционных полиамидах, появляется цепь, которая несет много мелких колец и других боковых групп. Это придает полимеру совершенно новые функции.

Новые полиамиды впечатляют благодаря своим особым свойствам, которые делают их привлекательными для многих применений. Например, они плавятся при более высоких температурах, чем конкурирующие продукты, полученные из сырой нефти. Кроме того, новые соединения могут быть получены прозрачными, а также частично кристаллическим способом, что увеличивает возможности его последующего применения с использованием того же исходного вещества.

“С помощью условий реакции и катализаторов во время синтеза мы можем легко контролировать, получим ли мы в конечном итоге прозрачный или частично кристаллический полиамид. Однако основой для этого является, прежде всего, специфическая структура исходного сырья на биологической основе, которое было бы очень дорого получить из ископаемого сырья”, - объясняет Зибер. 

С промышленной точки зрения важно, что синтез в основном происходит в одном реакционном контейнере. Этот процесс "одного котла" не только позволит значительно сократить расходы, но и будет означать четкое повышение устойчивости.

Биогенный исходный материал (+) - 3-Карен может быть фактически дистиллирован с высокой чистотой и сравнительно низкой стоимостью из скипидарного масла, полученного в качестве вторичного продукта в целлюлозной промышленности.

Зибер указывает, что поскольку скипидарное масло является побочным продуктом лесной промышленности, в отличие от использования касторового масла, мы не конкурируем с производством продуктов питания. Исследователи пока не вполне удовлетворены достигнутым общим выходом процесса, который составляет 25 процентов по массе.

”Благодаря простой масштабируемости потенциал для эффективного процесса очень высок", - говорит Пол Стокманн, чья докторская диссертация в TUM основана на результатах исследований.

В настоящее время химики Fraunhofer IGB работают над созданием (+)-3-полиамидов на основе Карена на рынке в качестве альтернативы высокоэффективным полиамидам на основе сырой нефти.