Una alternativa real al petróleo crudo
La síntesis de poliamida de alto rendimiento de base biológica a partir de residuos biogénicos
Un equipo de investigación de la Sociedad Fraunhofer y de la Universidad Técnica de Munich (TUM) dirigido por el químico Volker Sieber ha desarrollado una nueva familia de poliamidas que puede producirse a partir de un subproducto de la producción de celulosa, lo que constituye un ejemplo exitoso de una economía más sostenible con materiales de base biológica.
Unidad monomérica de poli-3S-caranamida, la nueva poliamida de base biológica.
P. Stockmann / TUM
Los dos autores, Paul Stockmann y el Dr. Daniel Van Opdenbosch, con el reactor en el que se produjo el monómero polimerizable a partir del producto natural 3-careno.
C. Zollfrank / TUM
Las poliamidas son plásticos importantes. Se pueden encontrar en las fijaciones de esquís y en los coches o en las prendas de vestir. Comercialmente, hasta ahora se han fabricado predominantemente a partir de petróleo crudo; sólo hay unas pocas alternativas "verdes", como las poliamidas a base de aceite de ricino.
Los compuestos de origen biológico suelen ser mucho más caros de producir y, por lo tanto, sólo han podido penetrar en el mercado hasta ahora si han tenido propiedades particulares.
Un equipo dirigido por Volker Sieber, Profesor de Química de Materias Primas Biogénicas en la Universidad Técnica de Munich, ha desarrollado una familia de poliamidas completamente nueva que puede ser producida a partir de un subproducto de la producción de celulosa.
La nueva familia de la poliamida
El material de partida biogénico, el (+)-3-careno, está compuesto por dos anillos que están fusionados entre sí. Los químicos del TUM y del Instituto Fraunhofer de Ingeniería Interfacial y Biotecnología (IGB) en Straubing han modificado uno de los anillos de tal manera que puede abrirse, dando lugar a una larga cadena de moléculas, un polímero.
El segundo anillo permanece intacto aquí. De esta manera, en lugar de una cadena lineal de polímeros como en las poliamidas tradicionales, surge una cadena que lleva muchos anillos pequeños y otros grupos laterales. Esto le da al polímero funciones completamente nuevas.
Propiedades especiales
Las nuevas poliamidas impresionan gracias a sus propiedades especiales que las hacen atractivas para muchas aplicaciones. Por ejemplo, se funden a temperaturas más altas que los productos derivados del petróleo crudo de la competencia. Además, los nuevos compuestos pueden producirse tanto de manera transparente como parcialmente cristalina, lo que aumenta sus posibilidades de aplicación posterior utilizando la misma sustancia de partida.
"Mediante las condiciones de reacción y los catalizadores durante la síntesis, podemos controlar fácilmente si al final obtendremos una poliamida transparente o parcialmente cristalina", explica Sieber. "Sin embargo, la base para ello la ofrece sobre todo la estructura específica del material de partida biobasado que sería muy caro de obtener a partir de materias primas fósiles".
Aumentar la sostenibilidad
Desde el punto de vista industrial, es importante que la síntesis tenga lugar básicamente en un contenedor de reacción. Este proceso "de una sola vez" no sólo permitiría una reducción significativa de los costos, sino que también significaría un claro aumento de la sostenibilidad, según Sieber.
El material de partida biogénico (+)-3-careno puede destilarse en realidad con una gran pureza y a un costo comparativamente bajo a partir del aceite de trementina producido como producto secundario en la industria de la celulosa.
Hasta ahora, el aceite de trementina sólo se calentaba en las fábricas de celulosa. "Lo usamos como un material de partida vital para los plásticos", dice Sieber. "Esto es un enorme aumento de valor".
No hay competencia con la producción de alimentos
Sieber señala que al ser el aceite de trementina un producto secundario de la industria forestal, a diferencia del uso del aceite de ricino, no estamos compitiendo con la producción de alimentos. Los investigadores aún no están completamente satisfechos con el rendimiento general logrado del proceso, que es del 25 por ciento en masa.
"Gracias a la simple escalabilidad, el potencial de un proceso eficiente es muy alto", dice Paul Stockmann, cuya tesis doctoral en la TUM se basa en los hallazgos. En el Fraunhofer IGB, el químico trabaja actualmente en el establecimiento de poliamidas de (+)-3-careno en el mercado como alternativas a las poliamidas de alto rendimiento a base de petróleo crudo.
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Publicación original
Paul N. Stockmann, Daniel Van Opdenbosch, Alexander Poethig, Dominik L. Pastoetter, Moritz Hoehenberger, Sebastian Lessig, Johannes Raab, Marion Woelbing, Claudia Falcke, Malte Winnacker, Cordt Zollfrank, Harald Strittmatter, Volker Sieber; "Biobased Chiral Semi-Crystalline or Amorphous High-Performance Polyamides and their Scalable Stereoselective Synthesis"; Nature Communications; 24.01.2020
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