Forskare vid Hokkaido University har tagit ett betydande steg framåt i arbetet med att göra återvinningsbar men stabil plast från växtmaterial. Detta är ett nyckelkrav för att minska bördan av plastföroreningar i miljön. De utvecklade en bekväm och mångsidig metod för att göra en mängd olika polymerer från kemikalier som härrör från växtcellulosa; Det är avgörande att dessa polymerer kan återvinnas helt. Metoden publicerades i tidskriften ACS Macro Letters .
Cellulosa är en av de mest förekommande komponenterna i biomassa som härrör från växter, och är en viktig del av de tuffa cellväggarna som omger alla växtceller. Det kan lätt erhållas från växtavfall, såsom halm och sågspån, och därför bör användningen av det som råvara för polymertillverkning inte minska tillgången på jordbruksmark för livsmedelsproduktion.
Cellulosa är en långkedjig polysackaridpolymer, vilket betyder att den är sammansatt av flera sockergrupper, specifikt glukos, sammanlänkade genom kemiska bindningar.
För att tillverka sina nya polymerer använde Hokkaido-teamet två kommersiellt tillgängliga små molekyler, levoglucosenon (LGO) och dihydrolevoglucosenone (Cyrene), som är gjorda av cellulosa. De utvecklade nya kemiska processer för att omvandla LGO och Cyrene till en mängd olika onaturliga polysackaridpolymerer. Att variera den exakta kemiska strukturen hos polymererna ger möjligheten att generera olika material för en rad möjliga tillämpningar.
"Våra största utmaningar var att kontrollera polymerisationsreaktionen som länkar samman de mindre monomermolekylerna, och att få fram polysackaridmaterial som är tillräckligt stabila för vanliga applikationer samtidigt som de fortfarande kan brytas upp och återvinnas av specifika kemiska förhållanden", säger biträdande professor Feng Li, en motsvarande författare.
Li tillägger att den största överraskningen under forskningen var den höga transparensen hos polymerfilmerna de gjorde, vilket kan vara avgörande för den typ av specialistapplikationer som dessa polymerer verkar vara mest lämpade för. "Eftersom materialen är ganska styva kan det vara svårt att använda dem som flexibla plastmaterial, såsom plastpåsar, så jag förväntar mig att de kommer att vara mer lämpade för högpresterande material för optiska, elektroniska och biomedicinska tillämpningar," professor Toshifumi Satoh , tillägger den andra motsvarande författaren.
Andra forskargrupper runt om i världen undersöker också potentialen för att göra plastersättande polymerer från växter, och vissa sådana "bioplaster" finns redan kommersiellt tillgängliga, men Satohs grupp har lagt till en betydande ny möjlighet till detta snabbt växande område.
Teamet planerar nu att utforska ytterligare möjligheter, men de möjliga strukturella variationerna är så många att de skulle vilja gå samman med specialister inom beräkningskemi, artificiell intelligens och automatiserad syntes för att utforska alternativen.
"Vi hoppas att detta arbete kommer att utveckla ett brett utbud av användbara onaturliga polysackaridpolymerer för att bli en del av en hållbar sluten syntesslinga från biomassa med effektiv återvinning", avslutar Li.
Mer information: Yuta Mizukami et al, Chemically Recyclable Unnatural (1→6)-Polysackarides from Cellulose-derived Levoglucosenone and Dihydrolevoglucosenone, ACS Macro Letters (2024). DOI:10.1021/acsmacrolett.3c00720
Tillhandahålls av Hokkaido University
