Il Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT) ha sviluppato un bio-policarbonato monopolizzato dal Giappone, e ha aperto la possibilità di commercializzazione del bio-policarbonato.

Il bio-policarbonato è una bio-plastica ecologica che può sostituire il policarbonato convenzionale, che contiene la sostanza che causa l'ormone ambientale, bisfenolo A (BPA). Fino ad ora, Mitsubishi Chemical Corp. del Giappone è l'unica azienda a commercializzare con successo la produzione di bio-policarbonato.

Dott. Jeyoung Park, Dottor Dongyeop Oh, e il Dr. Sung Yeon Hwang del Centro di ricerca per la chimica a base biologica di KRICT ha utilizzato i componenti a base vegetale di isosorbide e nanocellulosa per sviluppare il bio-policarbonato.

Il BPA è una sostanza petrolchimica e un ormone ambientale che provoca disturbi endocrini e complicazioni metaboliche. Viene utilizzato principalmente in policarbonato, e l'uso di questa sostanza è proibito in bottiglie di latte e cosmetici in Corea. Viene anche utilizzato nelle carte per ricevute e nei materiali di rivestimento degli alimenti in scatola.

Per tale motivo, il bio-policarbonato ha ricevuto attenzione come alternativa al policarbonato contenente BPA. Però, è difficile soddisfare contemporaneamente sia la fattibilità economica che le elevate prestazioni meccaniche delle plastiche vegetali in generale. KRICT ha superato questo problema con la combinazione di isosorbide e nanocellulosa, ed è riuscito a produrre bio-policarbonato che supera il policarbonato a base di petrolio.

isosorbide, un composto ecologico derivato dal glucosio, non solo migliora le proprietà meccaniche del polimero incorporato, ma possiede anche buone proprietà ottiche e resistenti ai raggi UV grazie alla sua struttura molecolare unica.

Il team di ricerca ha applicato il principio "il simile dissolve il simile" in cui composti simili si mescolano meglio insieme. Isosorbide ben miscelato con nanocellulosa come agente di rinforzo bio-derivato perché entrambe le sostanze sono idrofile e hanno una struttura simile. Quindi, è stato effettuato il processo di polimerizzazione della plastica nanocomposita. La nanocellulosa ben dispersa ha agito come un'armatura metallica nel calcestruzzo e quindi ha massimizzato la resistenza della bioplastica.

Il dottor Jeyoung Park di KRICT ha detto, "Volevamo rompere lo stereotipo secondo cui la bioplastica ha proprietà meccaniche inferiori ed è costosa". Il dottor Park continuò, "Attraverso l'interazione sinergica tra gli ingredienti di origine vegetale, siamo stati in grado di sviluppare una bioplastica che è superiore alla plastica del petrolio." Di conseguenza, ha notevolmente migliorato le proprietà fisiche della bioplastica come resistenza e trasparenza, che sono stati indicati come limiti delle bioplastiche generali.

Il bio-policarbonato sviluppato ha mostrato una resistenza alla trazione (quanto è forte un materiale) di 93 MPa. Questa è la misurazione più alta fino ad oggi tra petrolio e bio-policarbonati esistenti. La resistenza alla trazione del policarbonato di petrolio varia da 55 a 75 MPa, mentre la resistenza alla trazione del bio-policarbonato dell'azienda giapponese Mitsubishi Chemical Corp. è di 64 - 79 MPa.

La trasmissione luminosa, che rappresenta la trasparenza della plastica, è stata misurata al 93%. Ciò è dovuto alla cristallinità soppressa attraverso la nanocellulosa dispersa, e il risultato è molto superiore al policarbonato di petrolio disponibile in commercio. Questo è eccezionale perché la maggior parte dei nanocompositi ha una trasparenza ridotta perché gli aggregati non uniformi diffondono la luce. Inoltre, non c'è rischio di scolorimento anche dopo un'esposizione prolungata ai raggi ultravioletti poiché non ci sono anelli benzenici nei bio-policarbonati, a differenza dei policarbonati di petrolio.

Di conseguenza, il bio-policarbonato può essere utilizzato come materiale industriale per applicazioni quali tettucci apribili di automobili, fari, barriere antirumore trasparenti dell'autostrada, ed esterni di dispositivi elettronici come gli smartphone. Il materiale dovrebbe quindi essere una valida alternativa ai policarbonati esistenti.

Anche, la bassa tossicità del materiale è stata verificata attraverso test infiammatori in vivo su animali utilizzando un modello di ratto, supportare il potenziale del materiale per applicazioni biomediche. L'iniezione del polimero nel tessuto sottocutaneo è stata condotta per testare la presenza di infiammazione, e un livello di tossicità di 1, da un intervallo di 0 - 5, è stata misurata (la tossicità è più bassa quando il valore si avvicina a 0).

Il dottor Dongyeop Oh di KRICT ha detto:"Un risultato di bassa tossicità è stato ottenuto dal test infiammatorio in vivo utilizzando un ratto. Il livello di tossicità è sicuro per neonati e bambini da mettere in bocca, which means that the materials can be used for medical purposes in such things as implants and artificial bones, as well as toys, milk bottles, and baby strollers."

The market size of petroleum polycarbonate based on the current production is about 5 million tons annually and the bio-polycarbonate annual production capacity of Mitsubishi Chemical Corp. is approximately 20, 000 tons. Although the bio-polycarbonate market is still in its infancy, the transition to commercialization due to this accomplishment is expected to contribute to domination of the bio-plastic market in the future.

This research achievement entitled "Preparation of synergistically reinforced transparent bio-polycarbonate nanocomposites with highly dispersed cellulose nanocrystals" was featured on the front cover of the October issue of Green Chemistry of the Royal Society of Chemistry, which is the highest authority in the field of green chemistry, and it was simultaneously selected as a Hot Article of 2019.

KRICT Bio-based Chemistry Research Center Director Dr. Hwang Sung Yeon explained, "Fear of plastics is growing because of issues like plastic waste and chemophobia, but plastics have become an essential part of everyday life, so we will develop bio-plastics that people can use without fear."