Au cours des 100 dernières années, les plastiques et les polymères ont changé la façon dont le monde fonctionne, des avions et des automobiles aux ordinateurs et aux téléphones portables, qui sont presque tous composés de composés à base de combustibles fossiles. La découverte par une équipe de recherche de la Florida State University d'un nouveau plastique dérivé de la sève de pin a le potentiel de changer la donne pour de nouveaux matériaux durables.

Professeur agrégé de chimie et biochimie Justin Kennemur, le chercheur principal de l'étude détaillant la nouvelle découverte, a déclaré qu'il s'agissait d'un pas important dans la bonne direction pour les nouveaux plastiques et qu'il s'agissait d'une découverte de passerelle qui pourrait conduire à plusieurs nouveaux matériaux.

"Ce que nous savons actuellement, c'est ce vitreux, le plastique thermiquement stable peut être fondu et façonné à une température plus élevée et se refroidit en un plastique dur à température ambiante, " a déclaré Kennemur. " L'un des prochains objectifs est d'apprendre certaines des propriétés mécaniques de ces polymères. Cependant, ce matériau a de nombreuses caractéristiques structurelles qui reflètent les plastiques que nous utilisons tous les jours, il y a donc de la promesse pour une multitude d'applications."

Les résultats de l'équipe ont été publiés dans la revue Lettres de macro ACS .

« Aujourd'hui, quatre-vingt-dix-neuf pour cent des plastiques sont produits à partir de combustibles fossiles finis avec une demande croissante et une disponibilité géographique limitée, ", a-t-il déclaré. "Produire des matériaux à partir de ressources renouvelables, et particulièrement la sève de pin, qui peut être récolté sans tuer l'arbre, est un effort remarquable."

Alpha-pinène, la molécule la plus abondante produite à partir de la sève de pin, est notoirement difficile à transformer en plastique, il a donc actuellement des utilisations limitées. On le trouve principalement dans les nettoyants et les solvants à base de térébenthine. Marc Yarolimek, un doctorant FSU en chimie des polymères qui a dirigé l'étude, a d'abord modifié synthétiquement l'alpha-pinène pour en faire un composé connu sous le nom de delta-pinène.

"J'ai fait subir à l'alpha-pinène une série de réactions chimiques, purifications multiples, et quelques essais et erreurs, qui a finalement réussi à le convertir en delta-pinène, " dit-il. " Une fois que nous avons obtenu du delta-pinène liquide purifié, J'ai converti cela en plastique résultant, poly-delta-pinène, par une dernière réaction chimique."

Yarolimek et Heather Relieur, qui a été chercheur de premier cycle sur le projet avant d'obtenir un baccalauréat en physiologie de l'exercice en 2020, a ensuite effectué une série de « polymérisations » – des réactions chimiques pour transformer de petites molécules liquides en macromolécules solides – pour tester l'efficacité de cette molécule à devenir un plastique.

Ces tests comprenaient la mesure de la quantité de delta-pinène convertie en plastique en une seule réaction, dans quelle mesure les chercheurs pouvaient-ils contrôler la croissance des molécules, et comment la variabilité des conditions affectait les matériaux. Ils ont également caractérisé les différentes propriétés matérielles du plastique, telles que la température à laquelle le polymère fond et la quantité de chaleur qu'il peut supporter avant de se décomposer, ainsi que d'explorer la structure moléculaire des matériaux.

Brianna Coia, chercheur diplômé du Groupe Kennemur, analysé simultanément le delta-pinène pour comprendre s'il possédait les propriétés thermodynamiques appropriées pour subir une polymérisation. Avec des ressources du FSU Research Computing Center, Coia a effectué des calculs de théorie fonctionnelle de la densité, et ses résultats informatiques étaient bien parallèles aux découvertes expérimentales de Yarolimek et Bookbinder.

Yarolimek a déclaré que la conversion de ces molécules de biomasse en de nouveaux plastiques haute performance, comme celui-ci, est essentiel pour continuer notre mode de vie. L'équipe a déjà travaillé avec le FSU Office of Commercialization pour déposer un brevet pour le matériel qu'ils ont découvert.

« Au lieu de régresser au XVIIIe siècle lorsque le pétrole s'épuise, le passage aux plastiques biosourcés va nous permettre d'aller plus loin dans la suite, " il a dit.

La fabrication de nouveaux plastiques biosourcés n'est que la moitié de la conversation - l'autre concerne le sort ultime du plastique, dit Kennemur. Pour ce matériau performant, avoir une courte durée de conservation d'être biodégradable serait indésirable, mais il a encore besoin d'un moyen d'être recyclé. Cela peut signifier développer des processus de décomposition via un stimulus chimique.

"Notre recherche est investie dans les deux. Nous fabriquons de nouveaux matériaux, mais nous étudions également leur recyclabilité chimique, " a-t-il dit. " Nous avons fabriqué ce nouveau plastique, Mais ce n'est que le début. Nous devons également apprendre à défaire le plastique et nous prévoyons de commencer à enquêter là-dessus. »

Kennemur a déclaré que ses étudiants chercheurs méritent largement le mérite de la découverte alors que son rôle était de guider leurs efforts.

"Faire partie de cette équipe de recherche a probablement été l'une des expériences les plus éducatives et intéressantes que j'ai eues pendant mon séjour à FSU, " A déclaré le relieur. " À mon avis, l'expérience pratique est la façon la plus engageante d'apprendre et a un effet durable. Je parlerai de la recherche et de mon rôle dans l'expérience pour le reste de ma vie."