Biyokütleyi Yüksek Kaliteli Kaplamalara Dönüştürmek

Groningen Üniversitesi’nden organik kimyagerler ve önemli bir küresel boya ve kaplama üreticisi olan Hollandalı çok uluslu şirket AkzoNobel, biyokütleyi ışık, oksijen ve UV ışığını kullanarak yüksek kaliteli bir kaplamaya dönüştürmelerini sağlayan bir süreç geliştirdi. Bu süreç, yenilenebilir bir kaynağı yeşil kimya ile birleştirir ve şu anda kaplamalar, reçineler ve boyalar için yapı taşları olarak kullanılan akrilatlar gibi petrokimya bazlı monomerlerin yerini alabilir. Dergide yeni süreçle ilgili bir makale yayınlandı Bilim Gelişmeleri 16 Aralık 2020.

Kaplamalar evinizdeki boyadan akıllı telefonunuzun ekranındaki koruyucu katmana kadar her yerde. Yüzeyleri çizilmelerden, hava koşullarından veya günlük kullanımdan korurlar. Çoğu kaplama, tümü fosil yağdan üretilen, yılda 3,5 milyon tonu aşan küresel akrilat üretimi ile akrilat monomerlerine dayalı polimerlerden yapılmıştır.

Biyokütle

Bu kaplamaları daha sürdürülebilir hale getirmek için, Organik Kimya Profesörü Ben Feringa liderliğindeki Groningen Üniversitesi’nden bilim adamları, kaplama üreticisi AkzoNobel’in bilim adamlarıyla birlikte çalıştı. Feringa grubunda doktora öğrencisi ve Science Advances dergisindeki makalenin ilk yazarı olan George Hermens, “Başlangıç ​​materyali olarak lignoselülozu kullanmak istedik” diyor. Lignoselüloz, bitkilerin odunsu kısımlarının yüzde 20 ila 30’unu oluşturur ve Dünya’da en bol bulunan ham biyokütle maddesidir. Şu anda, esas olarak katı yakıt olarak ya da biyoyakıt üretiminde kullanılmaktadır.

Organik Kimya Profesörü Ben Feringa

Bu, 2016 Nobel Kimya Ödülü’nün eş ödülü olan Groningen Üniversitesi Organik Kimya Profesörü Ben Feringa’dır. projeyi doğadan kaplamalar üretmeye yönlendiren. Kredi bilgileri: Jeroen van Kooten

“Lignoselüloz kırılabilir asit kimyasal yapı taşı furfural üretmek için, ancak kaplama üretimine uygun hale getirmek için bunun modifiye edilmesi gerekiyor ”diye açıklıyor Hermens. Furfuralı akrilik aside benzeyen hidroksibutenolid bileşiğine dönüştürmek için kendi gruplarında geliştirilen bir işlem kullandı. Kimyasal dönüşüm sadece ışık, oksijen ve basit bir katalizör kullanıyor ve atık üretmiyor. Tek yan ürün, diğer işlemlerde kloroflorokarbonların yerini alması için yararlı olan metil formattır. ”

Özellikleri

Hidroksibutenolid yapısının bir kısmı akrilata benzer, ancak molekülün reaktif kısmı bir halka yapısıdır. “Bu, akrilattan daha az reaktif olduğu anlamına geliyor ve bizim zorluğumuz molekülü daha fazla modifiye ederek yararlı bir polimer üretmesini sağlamaktı.” Bu, hidroksibutenolide farklı yeşil veya biyo-bazlı alkoller eklenerek ve dört farklı alkoksibutenolid monomeri oluşturularak elde edildi.

Thomas Freese ve George Hermens

Bu resim, furfuralın hidroksibutenolide dönüşümü için kullanılan akış sisteminin önünde makalenin birinci ve ikinci yazarları Thomas Freese (solda) ve George Hermens’i göstermektedir. Kredi: Feringa Lab, Groningen Üniversitesi

Bu monomerler, bir başlatıcı ve UV ışığı yardımıyla polimerlere ve kaplamalara dönüştürülebilir. “Kaplamalar, çapraz bağlı polimer zincirlerinden oluşur. Farklı monomerleri birleştirerek, farklı özelliklere sahip çapraz bağlı polimerler elde edebildik. ” Örneğin, tüm polimerler camı kaplarken, bir kombinasyon plastik üzerinde de bir kaplama oluşturabildi. Ve daha fazla sert monomer eklenerek, otomobillerdeki kaplamalara benzer özelliklere sahip daha sert bir kaplama oluşturuldu. Bu şekilde bu kaplamalar farklı amaçlara uyarlanabilir.

Ürün geliştirme

“Yeşil kimya kullanarak yenilenebilir bir kaynak olan lignoselülozdan kaplamalar oluşturmayı başardık” diyor Hermens. “Kaplamalarımızın kalitesi de mevcut akrilat bazlı kaplamalara benzer.” Süreçteki iki adım için, projenin endüstriyel ortağı olan AkzoNobel’e patent başvuruları yapılmıştır. Hermens şu anda furfural’dan türetilen farklı bir yapı bloğu üzerinde çalışıyor ve başka tipte polimer kaplamalar üretiyor.

Proje, sürdürülebilir kimya için yeni enerji taşıyıcıları, malzemeler ve kimyasallar için yeni kimyasal süreçler ve kimyasal yapı taşları geliştiren bir Hollanda ulusal kamu-özel araştırma merkezi olan Gelişmiş Araştırma Merkezi Kimyasal Yapı Taşları Konsorsiyumu (ARC CBBC) tarafından başlatıldı. Hermens’in danışmanı Ben Feringa, bu merkezin kurucularından biridir. ARC CBBC, endüstri, akademi ve hükümetten ortaklarla ulusal bir girişimdir. İlgili üç üniversite (Utrecht Üniversitesi, Groningen Üniversitesi ve Eindhoven Teknoloji Üniversitesi) ve büyük endüstriyel ortaklar (AkzoNobel, Shell, Nouryon ve BASF) ile Eğitim, Kültür ve Bilim ve Ekonomik İşler ve İklim bakanlıkları bulunmaktadır. Politika ve Hollanda Araştırma Konseyi (NWO). Feringa: “Program, temel bilimsel keşiften süreç ve ürün geliştirmeye kadar tüm adımları içeriyor. Bu uzun vadeli ortaklıkta, üniversiteler ve kimya endüstrisi geleceğin yeşil kimyasını geliştirmek için güçlerini birleştiriyor. ”