Un team di ricerca della Fraunhofer Society e dell'Università tecnica di Monaco di Baviera (TUM), guidato dal chimico Volker Sieber, ha sviluppato una nuova famiglia di poliammidi che può essere prodotta da un sottoprodotto della produzione di cellulosa, un esempio di successo per un'economia più sostenibile con prodotti a base biologica materiali.

Le poliammidi sono materie plastiche importanti. Si possono trovare negli attacchi da sci e nelle auto o nei capi di abbigliamento. Commercialmente, fino ad oggi sono stati realizzati prevalentemente con petrolio greggio; ci sono solo poche alternative "verdi", come le poliammidi a base di olio di ricino.

I composti a base biologica sono spesso molto più costosi da produrre e quindi sono stati in grado di penetrare nel mercato prima d'ora solo se avevano proprietà particolari.

Un team guidato da Volker Sieber, Professore di Chimica delle Materie Prime Biogeniche alla TU Munich, ha ora sviluppato una famiglia di poliammidi completamente nuova che può essere prodotta da un sottoprodotto della produzione di cellulosa.

Nuova famiglia di poliammidi

Il materiale di partenza biogeno, (+)-3-carene, è formato da due anelli che sono fusi tra loro. I chimici del TUM e del Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology (IGB) di Straubing hanno ora modificato uno degli anelli in modo che possa essere aperto, producendo una lunga catena di molecole, un polimero.

Il secondo anello rimane intatto qui. In questo modo, invece di una catena polimerica lineare come nelle poliammidi tradizionali, emerge una catena che porta tanti piccoli anelli e altri gruppi laterali. Ciò conferisce al polimero funzioni completamente nuove.

Proprietà speciali

Le nuove poliammidi convincono grazie alle loro proprietà speciali che le rendono attraenti per molte applicazioni. Per esempio, si sciolgono a temperature più elevate rispetto ai prodotti derivati ​​dal petrolio greggio concorrenti. Inoltre, i nuovi composti possono essere prodotti sia in modo trasparente che parzialmente cristallino, che ne aumenta le possibilità applicative successive utilizzando la stessa sostanza di partenza.

"Attraverso le condizioni di reazione e i catalizzatori durante la sintesi, possiamo facilmente controllare se alla fine otterremo una poliammide trasparente o parzialmente cristallina, " spiega Sieber. "Tuttavia, la base di ciò è offerta soprattutto dalla struttura specifica del materiale di partenza a base biologica che sarebbe molto costoso da ottenere da materie prime fossili."

Aumentare la sostenibilità

Dal punto di vista industriale, è importante che la sintesi avvenga sostanzialmente in un contenitore di reazione. Questo processo "one-pot" non solo consentirebbe una significativa riduzione dei costi, ma significherebbe anche un netto aumento della sostenibilità, secondo Sieber.

Il materiale di partenza biogenico (+)-3-carene può effettivamente essere distillato ad elevata purezza ea un costo relativamente basso dall'olio di trementina prodotto come prodotto secondario nell'industria della cellulosa.

Fino ad ora, l'olio di trementina veniva riscaldato solo nelle fabbriche di cellulosa. "Lo usiamo come materiale di partenza fondamentale per la plastica, " dice Sieber. "Questo è un enorme aumento di valore".

Nessuna competizione con la produzione alimentare

Sieber sottolinea che, essendo l'olio di trementina un prodotto secondario dell'industria forestale, in contrasto con l'uso di olio di ricino, non siamo in competizione con la produzione alimentare. I ricercatori non sono ancora completamente soddisfatti della resa complessiva raggiunta del processo, al 25% in massa.

"Grazie alla semplice scalabilità, il potenziale per un processo efficiente è molto alto, "dice Paul Stockmann, la cui tesi di dottorato al TUM si basa sui risultati. Al Fraunhofer IGB, il chimico sta ora lavorando per introdurre sul mercato poliammidi a base di (+)-3-carene come alternative alle poliammidi ad alte prestazioni a base di petrolio greggio.