En enstegsmetod möjliggör skalbar och mer miljövänlig produktion av växtbaserade plastmonomerer, banar väg för massproduktion av ett hållbart alternativ till petroleumbaserade material.

Ett internationellt team, inklusive Kiyotaka Nakajima från Hokkaido University, Japan, och Emiel Hensen vid Eindhovens tekniska universitet, Nederländerna, har utvecklat en energieffektiv metod för att syntetisera bioplastingredienser. Den nya tekniken kommer att bidra till förverkligandet av hållbara "gröna produkter", som helt biobaserade dryckesflaskor. Denna studie genomfördes tillsammans med Mitsubishi Chemical Corporation och resultaten publicerades i ACS-katalys .

Biobaserad plast växer fram som nästa generations material och förväntas ersätta petroleumhärledd plast. En växthärledd polyester, kallas polyetylenfuranoat (PEF), är en lovande 100 % förnybar baserad polymer som härrör från växter som kan ersätta plastindustrins jätte, polyetylentereftalat (PET), på grund av dess bättre fysiska, mekaniska och termiska egenskaper. Dock, Förverkligandet av storskalig PEF-produktion hämmas allvarligt av en ineffektiv produktion av monomererna.

Aerob oxidation av ett biomassahärlett substrat som kallas HMF i metanol och etylenglykol producerar monomerer som kallas MFDC och HEFDC, respektive. De är erkända som avgörande monomerer vid tillverkning av PEF, eftersom polymerisation av MFDC med etylenglykol eller självkondensering av HEFDC kan ge högkvalitativ PEF (Figur 1).

Dock, MFDC-produktion har hittills uteslutande studerats för utspädda HMF-lösningar, och mer önskvärda vägar för produktion av HEFDC är för närvarande opraktiska eftersom ett högt utbyte av monomeren inte kan produceras effektivt. Denna begränsning kan tillskrivas de mycket reaktiva formyl (-CHO) grupperna i HMF, som är involverade i kraftiga bireaktioner, speciellt i koncentrerade lösningar:kemisk omvandling i koncentrerade HMF-lösningar som syftar till storskalig produktion av råvarukemikalier åtföljs av bildandet av enorma mängder fasta biprodukter.

Nakajima, Hensen, och deras kollegor utvecklade tidigare en mer stabil förening som heter HMF-acetal (Figur 1). De har nu undersökt användbarheten av HMF-acetal och funnit att 80-95% av HMF-acetal i en koncentrerad lösning (10-20 vikt%) framgångsrikt kan omvandlas till MFDC och HEFDC med en guld nanopartikelkatalysator. De nuvarande resultaten representerar ett betydande framsteg jämfört med den nuvarande teknikens ståndpunkt, övervinna en inneboende begränsning av HMF-oxidationen till viktiga monomerer för biopolymerproduktion. Forskarna noterar att denna metod har "färre reaktionssteg, och användningen av högkoncentrerade lösningar kommer att kräva mindre energi än konventionella processer."

Forskarna förväntar sig att den nya tekniken inte bara kommer att förbättra genomförbarheten av kommersiell PEF-produktion i den kemiska industrin, men också bidra till att främja en mer allmänt förekommande användning av bioplast, samt ge insikter för utveckling av andra biobaserade kemiska tillämpningar från olika biomassa-härledda kolhydrater.