Χρησιμοποιώντας υλικά που είναι ήδη διαθέσιμα στην αγορά, ερευνητές στην Ολλανδία έκαναν ένα σημαντικό βήμα προς την παραγωγή άκαμπτων πολυεστέρων, πλήρους βιολογικής βάσης. Η προτεινόμενη τεχνολογία φέρεται να ξεπερνά την εγγενή χαμηλή αντιδραστικότητα των δευτερογενών υλικών που βασίζονται σε βιολογικά υλικά.
Μια απλή τεχνολογία σύνθεσης που εφαρμόζεται από την ομάδα Industrial Sustainable Chemistry με επικεφαλής τον καθηγητή Gert-Jan Gruter στο Πανεπιστήμιο του Amsterdam, σύμφωνα με πληροφορίες, ξεπερνά την εγγενή χαμηλή αντιδραστικότητα των πολυεστέρων που βασίζονται σε βιολογικές πρώτες ύλες, με αποτέλεσμα έναν πολυεστέρα με καλές μηχανικές και θερμικές ιδιότητες, καθώς και μεγάλο μοριακό βάρος.
Τα αποτελέσματα της έρευνας έχουν δημοσιευθεί στο περιοδικό Nature Communications. Η έρευνα πραγματοποιήθηκε με οικονομική ενίσχυση από επιχειρήσεις, μεταξύ των οποίων η Lego και η Avantium. Η εταιρεία παιχνιδιών υποστήριξε το έργο ως μέρος της αναζήτησης εναλλακτικών υλικών για την κατασκευή των τούβλων Lego, τα οποία δε θα βασίζονται σε ορυκτές πρώτες ύλες. Η Avantium ενδιαφέρεται για εφαρμογές φιαλών και φιλμ.
Τα πολυεστερικά πλαστικά συντίθενται από μικρά μόρια διαλκοόλης και διοξέων, όπως αναφέρουν οι ερευνητές. Αυτά τα μονομερή συνδέονται σε μια αντίδραση συμπύκνωσης με αποτέλεσμα μια μακρά πολυμερική αλυσίδα μοριακών δομικών στοιχείων με εναλλασσόμενη δομή. Οι ιδιότητες του υλικού προκύπτουν τόσο από τον αριθμό των δομικών στοιχείων που αποτελούν την αλυσίδα του πολυμερούς, όσο και από τις εγγενείς ιδιότητες των μονομερών που χρησιμοποιούνται.
Από όλες τις ιδιότηες, η ακαμψία είναι το κλειδί για ένα σταθερό, ισχυρό και ανθεκτικό πλαστικό. Από αυτή την άποψη, το dialcohol isosorbide που προέρχεται από τη γλυκόζη, είναι μοναδικό μεταξύ των πιθανών μονομερών που βασίζονται σε βιολογικά προϊόντα. Η ένωση αυτή έχει πολύ άκαμπτη μοριακή δομή και είναι ήδη βιομηχανικά διαθέσιμη.
Αλλά το πρόβλημα, λένε οι ερευνητές, είναι ότι το ισοσορβίδιο είναι επίσης μη αντιδραστικό και τις τελευταίες δύο δεκαετίες έχει αποδειχθεί αρκετά δύσκολο να αποκτηθούν χρήσιμοι πολυεστέρες με αυτό σαν βάση. «Ήταν σχεδόν αδύνατο να φτάσουμε σε αρκετά μακριές πολυμερείς αλυσίδες για να επιτευχθεί η επιθυμητή ολκιμότητα, ενώ παράλληλα χρησιμοποιούσαμε αρκετά υψηλές ποσότητες ισοσορβιδίου για να φτάσουμε σε ένα ισχυρό και ανθεκτικό υλικό».
Ο Daniel Weinland, κύριος συγγραφέας της μελέτης, και οι συνεργάτες του βρήκαν λύση χρησιμοποιώντας aryl alcohol στη διαδικασία πολυμερισμού. Αυτή η προσθήκη οδηγεί σε επί τόπου (in situ) σχηματισμό δραστικών αρυλεστέρων και σημαντική ενίσχυση της αντιδραστικότητας της ακραίας ομάδας της πολυμερούς αλυσίδας κατά το τελικό στάδιο της σύνθεσης πολυεστέρα, στο στάδιο δηλαδή που η χαμηλή αντιδραστικότητα του ισοσορβιδίου αναστέλλει την ανάπτυξη μακρών αλυσίδων στην συνήθη διαδικασία.
Ως αποτέλεσμα, θα μπορούσαν να παραχθούν υλικά υψηλού μοριακού βάρους με την ενσωμάτωση υψηλών κλασμάτων dialcohol isosorbide από βιολογική βάση, ακόμη και έως 100 mol%. Για πρώτη φορά, είπαν οι ερευνητές, μπορεί να παραχθεί πολυεστέρας υψηλού μοριακού βάρους. Τα ανθεκτικά πλαστικά που προκύπτουν ξεπερνούν τα υπάρχοντα πλαστικά, όπως το PET, όσον αφορά την αντοχή στη θερμότητα, ένα σημαντικό χαρακτηριστικό όταν γίνεται καθαρισμός επαναχρησιμοποιήσιμων μπουκαλιών, συνήθως στους 85°C.
Τα πολυμερή που βασίζονται σε ισοσορβίδιο παρουσιάζουν επίσης πολλά υποσχόμενες μηχανικές ιδιότητες, οι οποίες μπορούν να ξεπεράσουν τις αντίστοιχες ιδιότητες των κοινών πλαστικών με βάση τα ορυκτά καύσιμα, πρόσθεσαν οι ερευνητές.
Η νέα προσέγγιση πολυμερισμού που περιγράφεται στη μελέτη χαρακτηρίζεται από απλά βήματα και τη χρήση τυπικού εξοπλισμού σύνθεσης πολυεστέρα. Επιπλέον ταιριάζει τόσο σε υπάρχουσες όσο και σε νέες συνθέσεις πολυεστέρα και οι ερευνητές προβλέπουν την εφαρμογή παρόμοιων μεθόδων σε άλλες κατηγορίες πολυμερών, όπως τα πολυαμίδια και τα πολυανθρακικά.
Με πληροφορίες από canplastics.com
