El Instituto Fraunhofer de Ingeniería Interfacial y Biotecnología IGB ha desarrollado una alternativa sostenible a los plásticos producidos petroquímicamente utilizando terpenos que se encuentran en la madera rica en resina. Las sustancias naturales están disponibles en coníferas como el pino, alerce o abeto. En la producción de pulpa, en el que la madera se descompone para separar las fibras de celulosa, los terpenos se aíslan en grandes cantidades como subproducto, aceite de trementina.

Investigadores de Fraunhofer IGB, Bio, Electro y quimiocatálisis BioCat, Straubing branch ha logrado optimizar la síntesis de lactamas a partir del 3-careno y la posterior polimerización a Caramid-R y Caramid-S, representantes de una nueva clase de poliamidas a base de terpenos. Recientemente, se concedió una patente para el proceso de síntesis de las nuevas poliamidas a partir de terpenos.

Secuencia de reacción en un recipiente y escala hasta 100 litros

La conversión del 3-careno en la lactama correspondiente es posible en cuatro reacciones químicas sucesivas que no requieren instalaciones de producción complejas ni reactivos costosos. Los pasos clave para los bloques de construcción de polímero 3S- y 3R-caranlactama son la producción selectiva de la 3S-carancetona intermedia y su reordenamiento selectivo a la isomérica 3R-carancetona.

La característica especial es que las conversiones pueden tener lugar como una secuencia de reacción de un recipiente en un solo reactor. "Esto ofrece la posibilidad de producir las lactamas también en plantas simples sin una cascada de reactor compleja. No es necesario purificar los productos intermedios, "explica Paul Stockmann, que desarrolló y optimizó el prometedor proceso.

La síntesis del monómero para Caramid-S ahora se ha escalado a la escala de 100 litros en el Centro Fraunhofer de Procesos Químico-Biotecnológicos CBP, la sucursal de Leuna de Fraunhofer IGB. "En esta producción piloto, producimos varios kilogramos de monómero, que permite escalar la polimerización a la escala de kilogramos, "dice el Dr. Harald Strittmatter, quien encabeza el proyecto TerPa.

Excelentes propiedades térmicas

La estructura química de la sustancia natural 3-careno, que apenas se ha utilizado comercialmente hasta la fecha y sería muy difícil de acceder a partir de materias primas petroquímicas, conduce a nuevas poliamidas que contienen estructuras cíclicas a lo largo de la cadena del polímero. Debido a estos anillos y otros sustituyentes, Caramid-S y Caramid-R tienen propiedades térmicas excepcionales en comparación con las poliamidas estándar:las temperaturas de ablandamiento (transición vítrea) están por encima de 110 ° C.

Las caranlactamas amplían las propiedades funcionales de las poliamidas estándar

Además, los científicos han convertido las lactamas de base biológica en copolímeros con otros monómeros disponibles comercialmente:laurolactama para PA12 y caprolactama para PA6. Esto permite la posibilidad de cambiar las propiedades como la transparencia de las poliamidas PA6 y PA12, ampliando así su perfil de aplicación.

En la actualidad, Los científicos de Fraunhofer están trabajando en nuevas mejoras de la síntesis de monómeros, que es esencial para una poliamida económicamente viable. Es más, están investigando las propiedades de los polímeros en detalle para identificar aplicaciones potenciales e implementar el uso comercial de las biopoliamidas junto con socios industriales.

El Instituto Fraunhofer de Ingeniería Interfacial y Biotecnología IGB está utilizando un nuevo, proceso recientemente patentado para desarrollar nuevas poliamidas a partir del terpeno 3-careno, un material residual de la industria de la celulosa. Las poliamidas de base biológica Caramid-R y Caramid-S producidas mediante este proceso representan una nueva clase de poliamidas con excelentes propiedades térmicas. La producción del monómero para Caramid-S ya se puso a prueba con éxito en una escala de 100 litros. Los investigadores de Fraunhofer presentarán las nuevas poliamidas en la feria K de Düsseldorf del 16 al 23 de octubre de 2019 (pabellón 7.0, Stand SC01).