Doğal madde 3-carene, terpen yağının bir parçası olup, ahşaptan selüloz üretim sürecinin yan ürünlerindendir. Şu ana kadar, bu yan ürün çoğu durumda yakılmıştır. Fraunhofer araştırmacıları, 3-carene'i biyoplastikler için yapı taşlarına dönüştürmek amacıyla yeni katalitik süreçler kullanmaktadırlar. Yeni poliamidler sadece şeffaf değil, aynı zamanda yüksek termal stabiliteye de sahiptir.

Plastikler, geniş bir uygulama yelpazesi için cam veya metalin değerli bir alternatifi olarak hizmet etmektedir. Poliamidler, yüksek kaliteli yapısal bileşenlerin üretiminde önemli bir rol oynamaktadır çünkü sadece darbelere ve aşınmaya dayanıklı olmakla kalmaz, aynı zamanda birçok kimyasal ve çözücüye karşı da dayanıklıdır. Günümüzde poliamidler esas olarak ham petrol ile üretilmektedir.

Sürdürülebilir ve yenilenebilir bir alternatif

Fraunhofer IGB Enstitüsü, yüksek verimli yeni plastiklerin üretimi için terpenlerden (terpenler, doğada yaygın olarak bulunan organik maddelerdir. Genellikle bitkilerde esas yağların ana bileşeni olarak bulunurlar. Birçok terpen hidrokarbondur, ancak moleküler yapılarında oksijen bulunan ve terpenler olarak kabul edilen alkol, aldehit veya keton gibi bileşikler de vardır. Terpen hidrokarbonlarının moleküler formülü C5H8)n) şeklindedir.) sürdürülebilir ve yenilenebilir bir alternatif araştırmaktadır. Reçineli ağaçlardan, örneğin çam, Avrupa çamı veya kavak gibi doğal maddeler mevcuttur. Kağıt hamuru üretiminde, ahşap selüloz liflerinin ayrılması için ezildiğinde, terpenler büyük miktarlarda yan ürün olarak yani terpen yağı olarak ayrılmaktadır.

Ağaç atıklarından elde edilen monomerler

"TerPa" adlı ortak projede, terpenler biyobazlı poliamidler için yapısal bileşenler olarak kullanılmaktadır. Fraunhofer IGB'ye ait BioCat Straubing birimindeki araştırmacılar, şimdi 3-carene terpeninden laktonların sentezini optimize etmeyi başardılar ve bunları potansiyel endüstriyel ölçekli rekabetçi, ölçeklenebilir bir süreç haline dönüştürdüler. Laktonlar, poliamidlerin üretimi için yapı taşlarıdır. Straubing uzmanları, alfa-pinene, limonen ve 3-carene gibi terpenlerin biyobazlı laktonların sentezi için uygun ham maddeler olduğunu daha önce göstermiştir.

Ekonomik tek aşamalı reaksiyon sırası

3-carene'in ilgili laktona dönüştürülmesi, dört ardışık kimyasal aşama gerektirmektedir. Straubing'deki patent başvurusu bekleyen yöntemin özel özelliği, dönüşümlerin ayrı bir reaktörde "tek aşamalı reaksiyon sırası" olarak gerçekleştirilebilmesidir – yani ara ürünlerin saflaştırılması gerekmez. Bu umut verici süreci geliştiren ve optimize eden Paul Stockmann, "Katalizörleri ve reaksiyon koşullarını dikkatlice seçerek bu başarıya ulaştık ve bu yöntem zaman ve maliyet tasarrufu sağlıyor." diye açıklıyor.

Stockmann, "Laboratuvar ölçeğinde bile, sürecimiz her üretim döneminde 100 gramdan fazla saf lakton monomeri sağlıyor." dedi. "Bu miktar, yeni plastiklerin üretimi ve değerlendirilmesi için başlangıç araştırmaları için tamamen yeterlidir." Diğer bir avantaj: Lakton sentezi için hiçbir toksik veya çevreye zararlı kimyasal maddeye ihtiyaç yoktur.

Biyobazlı, şeffaf, termal olarak stabil

Bununla birlikte, bu her şey değil. 3-carene'in özel kimyasal yapısı nedeniyle, doğal bileşiğin yan zincirleri elde edilen polimerin kristalleşmesini engellemektedir. Bu projede BioCat Straubing biriminde başkanlık yapan Dr. Harald Strittmatter, "Bu nedenle biyobazlı polimerlerimiz esasen 'amorfoz' ve dolayısıyla şeffaf olup, biyobazlı poliamidler için oldukça alışılmadık bir durumdur." diyor. Bu, yeni poliamidlerin koruyucu bir kalkan olarak, örneğin kask veya kayak gözlükleri için uygun olmasını sağlar. Ayrıca, petrol bazlı şeffaf poliamidlere kıyasla çok daha az enerji girişi ile üretilebilirler. Mısır nişastası, buğday veya patates gibi maddelerden üretilen diğer biyoplastiklerin aksine, biyobazlı poliamidler gıda üretimi ile rekabet etmemektedir. Bunun yerine, şimdiye kadar enerji üretimi için yakılan atık akışına değer katmaktadırlar.

Diğer bir avantaj: Yeni biyobazlı poliamidler mükemmel termal özelliklere de sahiptir. Strittmatter, "Poliamidimizin cam geçiş noktası 110 derece Santigrat'tır. Bu nedenle, motorlu araçların motor bölmesindeki bileşenler gibi yüksek sıcaklıklarda sürekli olarak bulunabilirler." diyor. Doğru, fosil kaynaklardan üretilen poliamidlerin benzer sıcaklık özellikleri vardır. Ancak, 3-carene bazlı poliamidlerde bulunmayan aromatik alanları nedeniyle zamanla UV ışığı altında renk değiştirirler, bu da onları dış mekan uygulamaları için sınırlı hale getirir.

Carenelactam'lar PA12 ve PA6'ya yeni özellikler kazandırıyor

Bilim insanları ayrıca biyobazlı laktonları, mevcut ticari monomer molekülleri olan lorolaktam (monomer PA12) ve kaprolaktam (monomer PA6) ile kopolimer oluşturmak için polimerleştirmişlerdir. Yeni kopolimerlerin kristalleşmesi ve dolayısıyla şeffaflığı önemli ölçüde iyileştirilmiştir. Aslında, PA12 ve PA6'nın yaygın plastiklerinin uygulama profilleri potansiyel olarak genişletilmiştir.

Monomer sentezinin daha fazla optimize edilmesi için, Fraunhofer UMSICHT Enstitüsü'ndeki meslektaşlar, bu süreci 20 litrelik bir pilot ölçeğe taşıyacak ve daha fazla lakton örneği üreteceklerdir. Daha sonra, yeni polimerlerin ve kopolimerlerin özellikleri, potansiyel uygulamaları belirlemek için daha ayrıntılı bir şekilde incelenecektir. Bilim insanları ayrıca yeni poliamidin biyolojik olarak parçalanabilirliğini incelemeyi planlamaktadır. Fraunhofer araştırmacıları, bunun sonucunda ilgili şirketlerin sonuçları endüstriyel ölçeğe taşıyabileceklerini ummaktadırlar.

Kristal polimerlerde, polimer zincirleri düzenli bir şekilde bir düzlemde hizalanır. Düşen ışık, kristal yapılar üzerinde dağılır ve bu nedenle plastikler mat veya opak görünür. Öte yandan, eğer polimer zincirleri düzensizse (örneğin yan zincirlerin birbirleriyle etkileşimi nedeniyle), amorf polimerlerden bahsediyoruz. Düşen ışık dağılmaz; polimerler şeffaf görünür.

%100 biyolojik bazlı poliamid, şeffaf ve termal olarak stabil

Biyolojik olarak parçalanabilir malzemelerin geliştirilmesi

Almatı Kazakistan Uluslararası Fuarı 2023

Akam Pudar Sepehr fabrikasının açılışı, Sayın Tarım ve Orman Bakanı tarafından yapıldı.

Düzlük traverteni