Under de senaste 100 åren har plast och polymerer har förändrat hur världen fungerar, från flygplan och bilar till datorer och mobiltelefoner-nästan alla består av fossila bränslebaserade föreningar. En Florida State University forskargrupps upptäckt av en ny plast som härrör från tallsaft har potential att bli en växlare för nya hållbara material.

Docent i kemi och biokemi Justin Kennemur, huvudutredaren om studien som beskriver den nya upptäckten, sa att detta var ett viktigt steg i rätt riktning för ny plast och är en gateway -upptäckt som kan leda till flera nya material.

"Det vi vet för närvarande är detta glasartade, termiskt stabil plast kan smältas och formas vid en högre temperatur och kyls till en hård plast vid omgivningstemperaturer, "Kennemur sa." Ett av nästa mål är att lära sig några av de mekaniska egenskaperna hos dessa polymerer. Dock, detta material har många strukturella egenskaper som speglar plasten vi använder varje dag, så det finns löften för en mängd applikationer. "

Teamets resultat publicerades i tidskriften ACS Makrobokstäver .

"Nittionio procent av plasten idag tillverkas av ändliga fossila bränslen med ökande efterfrågan och begränsad geografisk tillgänglighet, "sa han." Producera material från förnybara resurser, och särskilt tallsaft, som kan skördas utan att döda trädet, är en anmärkningsvärd insats. "

Alfa-pinen, den vanligaste molekylen som produceras av tallsaft, är notoriskt svårt att förvandla till plast så det har för närvarande begränsade användningsområden. Det finns främst i terpentinbaserade rengöringsmedel och lösningsmedel. Mark Yarolimek, en FSU -doktorand i polymerkemi som ledde studien, modifierade först alfa-pinen för att göra föreningen känd som delta-pinen.

"Jag lägger alfa-pinen genom en rad kemiska reaktioner, flera reningar, och lite prov och fel, som så småningom visade sig lyckas med att omvandla den till delta-pinen, "sa han." När vi fått renat flytande delta-pinen, Jag konverterade det till den resulterande plasten, poly-delta-pinen, genom en sista kemisk reaktion. "

Yarolimek och Heather bokbindare, som tjänstgjorde som forskare på projektet innan han tog en kandidatexamen i träningsfysiologi 2020, utförde sedan en rad "polymerisationer" - kemiska reaktioner för att omvandla små flytande molekyler till fasta makromolekyler - för att testa hur effektiv denna molekyl var att bli en plast.

Dessa tester omfattade mätning av hur mycket delta-pinen som omvandlades till plast i en enda reaktion, hur väl forskarna kunde kontrollera molekyltillväxt, och hur tillståndsvariabilitet påverkade materialen. De karakteriserade också plastens olika materialegenskaper, till exempel vilken temperatur vid vilken polymeren smälter och hur mycket värme den tål innan den bryts ned, samt utforska materialens molekylära struktur.

Brianna Coia, en forskare i Kennemur -gruppen, analyserade samtidigt delta-pinen för att förstå om den hade rätt termodynamiska egenskaper för att genomgå polymerisation. Med resurser från FSU Research Computing Center, Coia utförde densitetsfunktionella teoriberäkningar, och hennes beräkningsresultat parallellt väl Yarolimek och Bookbinder experimentella fynd.

Yarolimek sa att omvandla sådana biomassamolekyler till nya högpresterande plaster, som den här, är avgörande för att fortsätta vårt sätt att leva. Teamet har redan arbetat med FSU Office of Commercialization för att lämna patent på materialet de upptäckte.

"Istället för att gå tillbaka till 1700 -talet när petroleum tar slut, övergången till biobaserad plast kommer att tillåta oss att driva vidare framåt i det som kommer nästa, " han sa.

Att tillverka ny biobaserad plast är bara hälften av samtalet - det andra innebär plastens slutliga öde, Sa Kennemur. För detta högpresterande material, att ha en kort hållbarhet från att vara biologiskt nedbrytbar skulle vara oönskat, men det behöver fortfarande ett sätt att återvinnas. Det kan innebära att man utvecklar sönderdelningsprocesser via en kemisk stimulans.

"Vår forskning investeras i båda. Vi gör nya material, men vi undersöker också deras kemiska återvinningsbarhet, "sa han." Vi gjorde den här nya plasten, men detta är bara början. Vi måste också lära oss hur man gör av plasten och vi har planer på att börja undersöka det. "

Kennemur sa att hans studentforskare i hög grad förtjänar äran för upptäckten medan hans roll var att vägleda deras ansträngningar.

"Att vara en del av detta forskargrupp var förmodligen en av de mest lärorika och intressanta erfarenheterna jag hade under min tid på FSU, "Bokbindaren sa." Enligt min mening, praktisk erfarenhet är det mest engagerande sättet att lära sig och har en långvarig effekt. Jag kommer att prata om forskningen och min roll i upplevelsen resten av mitt liv. "