L'Institut Fraunhofer d'ingénierie interfaciale et de biotechnologie IGB a développé une alternative durable aux plastiques produits par la pétrochimie en utilisant des terpènes trouvés dans le bois riche en résine. Les substances naturelles sont disponibles à partir de conifères tels que le pin, mélèze ou épicéa. Dans la production de pâte, dans lequel le bois est décomposé pour séparer les fibres de cellulose, les terpènes sont isolés en grande quantité comme sous-produit, huile de térébenthine.

Chercheurs de Fraunhofer IGB, Bio, Electro et Chimiocatalyse BioCat, Straubing branch ont réussi à optimiser la synthèse des lactames à partir du 3-carène et la polymérisation ultérieure en Caramid-R et Caramid-S, représentants d'une nouvelle classe de polyamides à base de terpènes. Récemment, un brevet a été accordé pour le procédé de synthèse des nouveaux polyamides à partir de terpènes.

Séquence de réaction en un seul pot et mise à l'échelle jusqu'à 100 litres

La conversion du 3-carène en lactame correspondant est possible en quatre réactions chimiques successives qui ne nécessitent ni installations de production complexes ni réactifs coûteux. Les étapes clés des blocs de construction polymères 3S- et 3R-caranlactame sont la production sélective de l'intermédiaire 3S-caranketone et son réarrangement sélectif en l'isomère 3R-caranketone.

La particularité est que les conversions peuvent avoir lieu sous la forme d'une séquence de réaction à un seul récipient dans un seul réacteur. "Cela offre la possibilité de produire les lactames également dans des usines simples sans cascade de réacteurs complexe. Il n'est pas nécessaire de purifier les produits intermédiaires, " explique Paul Stockmann, qui a développé et optimisé le processus prometteur.

La synthèse du monomère pour Caramid-S a maintenant été mise à l'échelle à l'échelle de 100 litres au Fraunhofer Center for Chemical-Biotechnological Processes CBP, la succursale de Leuna de Fraunhofer IGB. « Dans cette production pilote, nous avons produit plusieurs kilogrammes de monomère, qui permet d'échelonner la polymérisation à l'échelle du kilogramme, " dit le Dr Harald Strittmatter, qui dirige le projet TerPa.

Excellentes propriétés thermiques

La structure chimique de la substance naturelle 3-carène, qui n'a guère été utilisé commercialement à ce jour et serait très difficile d'accès à partir de matières premières pétrochimiques, conduit à de nouveaux polyamides qui contiennent des structures cycliques le long de la chaîne polymère. En raison de ces cycles et d'autres substituants, Le Caramid-S et le Caramid-R ont des propriétés thermiques exceptionnelles par rapport aux polyamides standards :Les températures de ramollissement (transition vitreuse) sont supérieures à 110°C.

Les caranlactames étendent les propriétés fonctionnelles des polyamides standards

En outre, les scientifiques ont converti les lactames biosourcés en copolymères avec d'autres monomères disponibles dans le commerce :le laurolactame pour le PA12 et le caprolactame pour le PA6. Ceci permet la possibilité de changer les propriétés telles que la transparence des polyamides PA6 et PA12, étendant ainsi leur profil d'application.

Actuellement, les scientifiques de Fraunhofer travaillent sur d'autres améliorations de la synthèse de monomère qui est essentielle pour un polyamide économiquement viable. Par ailleurs, ils étudient en détail les propriétés des polymères pour identifier les applications potentielles et mettre en œuvre l'utilisation commerciale des biopolyamides avec des partenaires industriels.

L'Institut Fraunhofer d'ingénierie interfaciale et de biotechnologie IGB utilise un nouveau procédé récemment breveté pour développer de nouveaux polyamides à partir du terpène 3-carène, une matière résiduelle de l'industrie de la cellulose. Les polyamides biosourcés Caramid-R et Caramid-S issus de ce procédé représentent une nouvelle classe de polyamides aux propriétés thermiques exceptionnelles. La production du monomère pour Caramid-S a déjà été pilotée avec succès à une échelle de 100 litres. Les chercheurs de Fraunhofer présenteront les nouveaux polyamides au salon K à Düsseldorf du 16 au 23 octobre 2019 (Hall 7.0, Stand SC01).