L'Istituto Fraunhofer per l'ingegneria interfacciale e la biotecnologia IGB ha sviluppato un'alternativa sostenibile alla plastica prodotta in modo petrolchimico utilizzando i terpeni presenti nel legno ricco di resina. Le sostanze naturali sono disponibili da conifere come pino, larice o abete rosso. Nella produzione della polpa, in cui il legno viene scomposto per separare le fibre di cellulosa, i terpeni sono isolati in grandi quantità come sottoprodotto, olio di trementina.

Ricercatori del Fraunhofer IGB, bio, Elettro e chemiocatalisi BioCat, Il ramo Straubing è riuscito ad ottimizzare la sintesi di lattami da 3-carene e la successiva polimerizzazione a Caramide-R e Caramide-S, rappresentanti di una nuova classe di poliammidi a base di terpeni. Recentemente, è stato concesso un brevetto per il processo di sintesi delle nuove poliammidi da terpeni.

Sequenza di reazione a una pentola e scalabilità fino a 100 litri

La conversione del 3-carene nel corrispondente lattame è possibile in quattro reazioni chimiche successive che non richiedono né complessi impianti di produzione né costosi reagenti. I passaggi chiave per i blocchi costitutivi del polimero 3S- e 3R-caranlattame sono la produzione selettiva dell'intermedio 3S-caranketone e il suo riarrangiamento selettivo all'isomero 3R-caranketone.

La particolarità è che le conversioni possono avvenire come una sequenza di reazione di un recipiente in un singolo reattore. "Questo offre la possibilità di produrre i lattami anche in impianti semplici senza una complessa cascata di reattori. Non è necessario purificare i prodotti intermedi, " spiega Paul Stockmann, che ha sviluppato e ottimizzato il promettente processo.

La sintesi del monomero per Caramide-S è stata ora scalata alla scala di 100 litri presso il Fraunhofer Center for Chemical-Biotechnological Processes CBP, la filiale di Leuna del Fraunhofer IGB. "In questa produzione pilota, abbiamo prodotto diversi chilogrammi di monomero, che consente di scalare la polimerizzazione alla scala del chilogrammo, "dice il dottor Harald Strittmatter, che guida il progetto TerPa.

Eccellenti proprietà termiche

La struttura chimica della sostanza naturale 3-carene, che è stato usato a malapena commercialmente fino ad oggi e sarebbe molto difficile accedervi dalle materie prime petrolchimiche, porta a nuove poliammidi che contengono strutture cicliche lungo la catena polimerica. A causa di questi anelli e di altri sostituenti, Caramide-S e Caramide-R hanno proprietà termiche eccezionali rispetto alle poliammidi standard:Le temperature di rammollimento (transizione vetrosa) sono superiori a 110°C.

I caranlattami espandono le proprietà funzionali delle poliammidi standard

Inoltre, gli scienziati hanno convertito i lattami a base biologica in copolimeri con altri monomeri disponibili in commercio:laurolattame per PA12 e caprolattame per PA6. Ciò consente la possibilità di modificare le proprietà come la trasparenza delle poliammidi PA6 e PA12, estendendo così il loro profilo applicativo.

Attualmente, gli scienziati di Fraunhofer stanno lavorando su ulteriori miglioramenti della sintesi del monomero che è essenziale per una poliammide economicamente valida. Per di più, stanno studiando in dettaglio le proprietà dei polimeri per identificare potenziali applicazioni e implementare l'uso commerciale delle biopoliammidi insieme a partner industriali.

L'Istituto Fraunhofer per l'ingegneria interfacciale e la biotecnologia IGB sta utilizzando un nuovo, processo recentemente brevettato per sviluppare nuove poliammidi dal terpene 3-carene, un materiale residuo dell'industria della cellulosa. Le poliammidi biobased Caramide-R e Caramide-S prodotte con questo processo rappresentano una nuova classe di poliammidi con eccezionali proprietà termiche. La produzione del monomero per Caramide-S era già stata sperimentata con successo su una scala da 100 litri. I ricercatori Fraunhofer presenteranno le nuove poliammidi alla fiera K di Düsseldorf dal 16 al 23 ottobre 2019 (Hall 7.0, Stand SC01).