El Instituto de Investigación de Tecnología Química de Corea (KRICT) ha desarrollado un biopolicarbonato que ha sido monopolizado por Japón, y ha abierto la posibilidad de comercialización de biopolicarbonato.

El biopolicarbonato es un bioplástico ecológico que puede reemplazar al policarbonato convencional, que contiene la sustancia causante de la hormona ambiental, bisfenol A (BPA). Hasta ahora, Mitsubishi Chemical Corp. de Japón es la única empresa que comercializa con éxito la producción de biopolicarbonato.

Dr. Jeyoung Park, Dr. Dongyeop Oh, y el Dr. Sung Yeon Hwang del Centro de Investigación de Química de Base Biológica de KRICT utilizaron los componentes vegetales de isosorbida y nanocelulosa para desarrollar el biopolicarbonato.

El BPA es una sustancia petroquímica y una hormona ambiental que causa alteraciones endocrinas y complicaciones metabólicas. Se utiliza principalmente en policarbonato, y el uso de esta sustancia está prohibido en botellas de leche y cosméticos en Corea. También se utiliza en papeles para recibos y materiales de recubrimiento de alimentos enlatados.

Por esta razón, El biopolicarbonato ha recibido atención como alternativa al policarbonato que contiene BPA. Sin embargo, es difícil satisfacer simultáneamente tanto la viabilidad económica como el alto rendimiento mecánico de los plásticos de ingredientes vegetales en general. KRICT superó este problema con la combinación de isosorbida y nanocelulosa, y logró producir biopolicarbonato que supera al policarbonato a base de petróleo.

Isosorbida, un compuesto ecológico derivado de la glucosa, no solo mejora las propiedades mecánicas del polímero incorporado, pero también posee buenas propiedades ópticas y resistentes a los rayos UV debido a su estructura molecular única.

El equipo de investigación aplicó el principio de "lo similar disuelve lo similar", donde los compuestos similares se mezclan mejor. Isosorbide bien mezclado con nanocelulosa como agente reforzante bioderivado porque ambas sustancias son hidrófilas y tienen una estructura similar. Luego, Se llevó a cabo el proceso de polimerización del plástico nanocompuesto. La nanocelulosa bien dispersa actuó como una barra de refuerzo de metal en el hormigón y, por lo tanto, maximizó la resistencia del bioplástico.

El Dr. Jeyoung Park de KRICT dijo:"Queríamos romper el estereotipo de que el bioplástico tiene propiedades mecánicas inferiores y es caro". Dr. Park continuó, "A través de la interacción sinérgica entre los ingredientes de origen vegetal, pudimos desarrollar un bioplástico que es superior al plástico de petróleo ". Como resultado, mejoró significativamente las propiedades físicas del bioplástico como resistencia y transparencia, que se han señalado como limitaciones de los bioplásticos en general.

El biopolicarbonato desarrollado exhibió una resistencia a la tracción (qué tan fuerte es un material) de 93 MPa. Esta es la medición más alta hasta la fecha entre el petróleo y los biopolicarbonatos existentes. La resistencia a la tracción del policarbonato de petróleo varía de 55 a 75 MPa, mientras que la resistencia a la tracción del biopolicarbonato de la firma japonesa Mitsubishi Chemical Corp. es de 64 - 79 MPa.

La transmitancia de luz, que representa la transparencia del plástico, se midió al 93%. Esto se debe a la cristalinidad suprimida a través de la nanocelulosa dispersa, y el resultado es muy superior al policarbonato de petróleo disponible comercialmente. Esto es sobresaliente porque la mayoría de los nanocompuestos tienen una transparencia reducida porque los agregados no uniformes dispersan la luz. Además, no hay riesgo de decoloración incluso después de una exposición prolongada a los rayos ultravioleta, ya que no hay anillos de benceno en los biopolicarbonatos, a diferencia de los policarbonatos de petróleo.

Como consecuencia, El biopolicarbonato se puede utilizar como material industrial para aplicaciones que incluyen techos solares de automóviles, faros barreras acústicas transparentes de la carretera, y exteriores de dispositivos electrónicos como teléfonos inteligentes. Por tanto, se espera que el material sea una alternativa viable a los policarbonatos existentes.

También, la baja toxicidad del material se verificó mediante pruebas inflamatorias in vivo en animales utilizando un modelo de rata, apoyando el potencial del material para aplicaciones biomédicas. Se realizó la inyección del polímero en el tejido subcutáneo para probar la presencia de inflamación, y un nivel de toxicidad de 1, de un rango de 0 a 5, se midió (la toxicidad es más baja cuando el valor se acerca a 0).

El Dr. Dongyeop Oh de KRICT dijo:"Se obtuvo un resultado de baja toxicidad a partir de las pruebas inflamatorias in vivo con una rata. El nivel de toxicidad es seguro para que los bebés y los niños se lo pongan en la boca, lo que significa que los materiales se pueden utilizar con fines médicos en cosas como implantes y huesos artificiales, así como juguetes, botellas de leche, y cochecitos de bebé ".

The market size of petroleum polycarbonate based on the current production is about 5 million tons annually and the bio-polycarbonate annual production capacity of Mitsubishi Chemical Corp. is approximately 20, 000 tons. Although the bio-polycarbonate market is still in its infancy, the transition to commercialization due to this accomplishment is expected to contribute to domination of the bio-plastic market in the future.

This research achievement entitled "Preparation of synergistically reinforced transparent bio-polycarbonate nanocomposites with highly dispersed cellulose nanocrystals" was featured on the front cover of the October issue of Química verde of the Royal Society of Chemistry, which is the highest authority in the field of green chemistry, and it was simultaneously selected as a Hot Article of 2019.

KRICT Bio-based Chemistry Research Center Director Dr. Hwang Sung Yeon explained, "Fear of plastics is growing because of issues like plastic waste and chemophobia, but plastics have become an essential part of everyday life, so we will develop bio-plastics that people can use without fear."