Une équipe de recherche de l'Institut Fraunhofer d'ingénierie interfaciale et de biotechnologie (IGB) et de l'Université technique de Munich (TUM) dirigée par le chimiste Volker Sieber a développé une nouvelle famille de polyamides qui peut être produite à partir d'un sous-produit de la production de cellulose. L'image montre l'unité monomère du poly-3S-caranamide résultant. Crédit :Paul Stockmann/TUM
Une équipe de recherche de la Fraunhofer Society et de l'Université technique de Munich (TUM) dirigée par le chimiste Volker Sieber a développé une nouvelle famille de polyamides qui peut être produite à partir d'un sous-produit de la production de cellulose - un exemple réussi pour une économie plus durable avec des produits biosourcés matériaux.
Les polyamides sont des plastiques importants. On les trouve dans les fixations de ski et dans les voitures ou les vêtements. Commercialement, ils ont été fabriqués principalement à partir de pétrole brut jusqu'à présent; il n'y a que quelques alternatives "vertes", comme les polyamides à base d'huile de ricin.
Les composés biosourcés sont souvent beaucoup plus chers à produire et n'ont donc pu pénétrer le marché jusqu'à présent que s'ils avaient des propriétés particulières.
Une équipe dirigée par Volker Sieber, Professeur de chimie des matières premières biogéniques à la TU Munich, a maintenant développé une toute nouvelle famille de polyamide qui peut être produite à partir d'un sous-produit de la production de cellulose.
Nouvelle famille de polyamide
La matière première biogénique, (+)-3-carène, est constitué de deux anneaux fusionnés l'un à l'autre. Les chimistes du TUM et du Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology (IGB) de Straubing ont modifié l'un des anneaux de manière à pouvoir l'ouvrir, donnant une longue chaîne de molécules, un polymère.
Le deuxième anneau reste intact ici. De cette façon, au lieu d'une chaîne polymère linéaire comme dans les polyamides traditionnels, une chaîne qui porte de nombreux petits anneaux et d'autres groupes latéraux émerge. Cela confère au polymère des fonctions complètement nouvelles.
Les deux auteurs, Paul Stockmann et le Dr Daniel Van Opdenbosch, avec le réacteur dans lequel le monomère polymérisable a été produit à partir du produit naturel 3-carène. Crédit :Cordt Zollfrank/TUM
Propriétés spéciales
Les nouveaux polyamides impressionnent par leurs propriétés spéciales qui les rendent attractifs pour de nombreuses applications. Par exemple, ils fondent à des températures plus élevées que les produits concurrents dérivés du pétrole brut. En outre, les nouveaux composés peuvent être produits aussi bien de manière transparente que partiellement cristalline, ce qui augmente ses possibilités d'application ultérieures en utilisant la même substance de départ.
« A titre de conditions de réaction et de catalyseurs lors de la synthèse, on contrôle facilement si on obtiendra au final un polyamide transparent ou partiellement cristallin, " explique Sieber. " Cependant, la base en est avant tout offerte par la structure spécifique de la matière première biosourcée qui serait très coûteuse à obtenir à partir de matières premières fossiles."
Accroître la durabilité
D'un point de vue industriel, il est important que la synthèse ait lieu fondamentalement dans un seul récipient de réaction. Ce procédé « one-pot » permettrait non seulement une réduction significative des coûts, mais signifierait également une nette augmentation de la durabilité, selon Sieber.
Le matériau de départ biogénique (+)-3-carène peut en fait être distillé à une pureté élevée et à un coût comparativement faible à partir de l'essence de térébenthine produite comme produit secondaire dans l'industrie de la cellulose.
Jusqu'à maintenant, l'essence de térébenthine n'était chauffée que dans les usines de cellulose. "Nous l'utilisons comme matière première vitale pour les plastiques, " dit Sieber. " C'est une énorme augmentation de valeur. "
Pas de concurrence avec la production alimentaire
Sieber fait remarquer que l'essence de térébenthine étant un produit secondaire de l'industrie forestière, contrairement à l'utilisation de l'huile de ricin, nous ne sommes pas en concurrence avec la production alimentaire. Les chercheurs ne sont pas encore totalement satisfaits du rendement global atteint par le procédé, à 25 pour cent en masse.
"Grâce à la simple évolutivité, le potentiel d'un processus efficace est très élevé, " dit Paul Stockmann, dont la thèse de doctorat à la TUM est basée sur les résultats. Au Fraunhofer IGB, le chimiste travaille désormais à la mise sur le marché des polyamides à base de (+)-3-carène comme alternatives aux polyamides hautes performances à base de pétrole brut.
