利用生物残渣合成生物基高性能聚酰胺

作者:本刊编译 发布时间:2020-02-03
由慕尼黑工业大学生物原材料化学教授Volker Sieber领导的一个团队,现已开发出了一种全新的聚酰胺系列产品,它们由生产纤维素的副产品生产出来。

来自德国弗劳恩霍夫协会和慕尼黑工业大学的一个研究小组在化学家Volker Sieber的领导下,开发出一种新型聚酰胺系列产品,它可由生产纤维素的副产品来生产。

在此反应器中,可聚合单体由天然产物3-carene生产而来

聚酰胺是一种重要的塑料材料,可用于滑雪带、汽车和衣物等。然而,到目前为止,商用聚酰胺主要由原油制成,且仅有少量的“绿色”替代品,如基于蓖麻油的聚酰胺。

生产生物基配混料,其成本通常很高,因此,以前只有拥有特殊性能的生物基配混料才能打入市场。由慕尼黑工业大学生物原材料化学教授Volker Sieber领导的一个团队,现已开发出了一种全新的聚酰胺系列产品,它们由生产纤维素的副产品生产出来。

新的聚酰胺系列

生物起始物质(+)-3-carene由两个互相熔合的环组成。慕尼黑工业大学和弗劳恩霍夫界面工程与生物技术研究所(简称IGB)的化学家们现已改变了其中的一个环,使其能够打开,产生长链分子,即一种聚合物。第二个环保持完好,这样,取代传统聚酰胺中的线性聚合物链,一条带有许多小环和其他边组的链出现了,从而赋予聚合物全新的功能。

特殊的性能

这种新型聚酰胺因其特殊的性能而令人印象深刻,这使其在许多应用中具有吸引力,比如,它们的熔化温度要比竞争的原油衍生产品更高。此外,这种新型配混物能够以透明的和部分结晶的方式生产,这增加了其今后采用同样起始物质的应用可能性。Sieber解释说:“在合成过程中,通过反应条件和催化剂,我们可以很容易地控制是否最终能获得透明或部分结晶的聚酰胺。然而,其基础首先要由生物基起始物质的特定结构来提供,而从化学原料中获得的成本会很高。”


聚-3S-甲酰胺的单体,新的生物基聚酰胺(图片来自慕尼黑工业大学P. Stockmann)

增强可持续性

从工业的角度来看,重要的是合成基本上是在一个反应容器中完成的。这种 “one-pot”工艺不仅可以大幅降低成本,还意味着可持续性的显著提高。

生物起始物质(+)-3-carene实际上可以从松节油(在松节油纤维素工业中作为二次产品被生产出来)中以相对较低的成本高纯度地蒸馏出来。到目前为止,这种松节油只在纤维素工厂加热。

不与食品生产竞争

Sieber指出,使用的松节油是林业的副产品,这与使用蓖麻油相反,不会与食品生产去竞争。研究人员们对这项工艺的总产出并不十分满意,现在只有总量的25%。

现在,弗劳恩霍夫IGB的化学家们正致力于将 (+)-3-carene基的聚酰胺作为原油基高性能聚酰胺的替代品而投放市场。

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