O Instituto Fraunhofer de Engenharia Interfacial e Biotecnologia IGB desenvolveu uma alternativa sustentável para plásticos produzidos petroquimicamente usando terpenos encontrados em madeira rica em resina. As substâncias naturais estão disponíveis em coníferas como o pinheiro, larício ou abeto. Na produção de celulose, em que a madeira é quebrada para separar as fibras de celulose, os terpenos são isolados em grandes quantidades como subproduto, óleo de terebintina.

Pesquisadores do Fraunhofer IGB, Bio, BioCat eletro e quimiocatálise, O ramo de Straubing conseguiu otimizar a síntese de lactamas a partir de 3-careno e a subsequente polimerização em Caramid-R e Caramid-S, representantes de uma nova classe de poliamidas à base de terpeno. Recentemente, foi concedida uma patente para o processo de síntese das novas poliamidas a partir dos terpenos.

Sequência de reação em um único recipiente e escala até 100 litros

A conversão do 3-careno na lactama correspondente é possível em quatro reações químicas sucessivas que não requerem instalações de produção complexas nem reagentes caros. As etapas principais para os blocos de construção de polímero 3S- e 3R-caranlactama são a produção seletiva do 3S-caranketone intermediário e seu rearranjo seletivo para o 3R-caranketone isomérico.

A característica especial é que as conversões podem ocorrer como uma sequência de reação de um vaso em um único reator. “Isso oferece a possibilidade de produzir lactamas também em plantas simples, sem uma cascata de reator complexo. Não é necessário purificar os produtos intermediários, "explica Paul Stockmann, quem desenvolveu e otimizou o processo promissor.

A síntese do monômero para Caramid-S foi agora dimensionada para a escala de 100 litros no Centro Fraunhofer para Processos Químicos-Biotecnológicos CBP, a filial Leuna do Fraunhofer IGB. "Nesta produção piloto, produzimos vários quilos de monômero, que permite que a polimerização seja dimensionada para a escala de quilogramas, "diz o Dr. Harald Strittmatter, quem lidera o projeto TerPa.

Excelentes propriedades térmicas

A estrutura química da substância natural 3-careno, que mal tem sido usado comercialmente até agora e seria muito difícil de acessar a partir de matérias-primas petroquímicas, leva a novas poliamidas que contêm estruturas cíclicas ao longo da cadeia do polímero. Devido a esses anéis e outros substituintes, Caramid-S e Caramid-R têm propriedades térmicas excepcionais em comparação com poliamidas padrão:As temperaturas de amolecimento (transição vítrea) estão acima de 110 ° C.

Caranlactamas expandem propriedades funcionais de poliamidas padrão

Além disso, os cientistas converteram as lactamas de base biológica em copolímeros com outros monômeros disponíveis comercialmente - laurolactama para PA12 e caprolactama para PA6. Isso permite a possibilidade de alterar as propriedades como a transparência das poliamidas PA6 e PA12, estendendo assim seu perfil de aplicativo.

Atualmente, os cientistas da Fraunhofer estão trabalhando em melhorias adicionais na síntese de monômeros, que é essencial para uma poliamida economicamente viável. Além disso, eles estão investigando as propriedades dos polímeros em detalhes para identificar aplicações potenciais e implementar o uso comercial das biopoliamidas junto com parceiros industriais.

O Instituto Fraunhofer de Engenharia Interfacial e Biotecnologia IGB está usando um novo, processo recentemente patenteado para desenvolver novas poliamidas a partir do terpeno 3-careno, um material residual da indústria de celulose. As poliamidas de base biológica Caramid-R e Caramid-S produzidas por meio desse processo representam uma nova classe de poliamidas com excelentes propriedades térmicas. A produção do monômero para Caramid-S já foi testada com sucesso na escala de 100 litros. Os pesquisadores Fraunhofer apresentarão as novas poliamidas na feira comercial K em Düsseldorf de 16 a 23 de outubro de 2019 (Hall 7.0, Stand SC01).