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Desde residuos de madera hasta polímeros de alto rendimiento: Los terpenos del aceite de trementina se convierten en poliamidas estables al calor y de base biológica.
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El Instituto Fraunhofer de Ingeniería Interfacial y Biotecnología IGB ha desarrollado una alternativa sostenible a los plásticos producidos petroquímicamente utilizando terpenos que se encuentran en la madera rica en resinas. Las sustancias naturales están disponibles en coníferas como el pino, el alerce o el abeto. En la producción de pasta, en la que la madera se descompone para separar las fibras de celulosa, los terpenos se aíslan en grandes cantidades como subproducto, el aceite de trementina.
En el proyecto conjunto "TerPa - Terpenes as building blocks for bio-based polyamides" financiado por el Ministerio Federal Alemán de Alimentación y Agricultura (BMEL) a través de la Agencia Alemana de Recursos Renovables (FNR), los investigadores de Fraunhofer IGB, Bio, Electro y Chemocatalysis BioCat, sucursal de Straubing, han tenido éxito en la optimización de la síntesis de lactamos a partir de 3 quilates y la subsiguiente polimerización a Caramid-R® y Caramid-S®, representativos de una nueva clase de poliamidas a base de terpeno-. Recientemente, se ha concedido una patente para el proceso de síntesis de las nuevas poliamidas de terpenos.
La conversión del 3-careno al lactam correspondiente es posible en cuatro reacciones químicas sucesivas que no requieren instalaciones de producción complejas ni reactivos costosos. Los pasos clave para los bloques de construcción del polímero 3S- y 3R-caranlactama son la producción selectiva de la 3S-carancetona intermedia y su reordenación selectiva a la 3R-carancetona isomérica.
La característica especial es que las conversiones pueden tener lugar como una secuencia de reacción de un solo recipiente en un solo reactor. "Esto ofrece la posibilidad de producir los lactatos también en plantas simples sin una compleja cascada de reactores. No es necesario purificar los productos intermedios", explica Paul Stockmann, quien desarrolló y optimizó el prometedor proceso.
La síntesis del monómero para Caramid-S® ha sido escalada a la escala de 100 litros en el Fraunhofer Center for Chemical-Biotechnological Processes CBP, la sucursal de Leuna de Fraunhofer IGB. "En esta producción piloto, hemos producido varios kilogramos de monómero, lo que permite escalar la polimerización a la escala del kilogramo", dice el Dr. Harald Strittmatter, que dirige el proyecto TerPa.
La estructura química de la sustancia natural 3-careno, que hasta ahora apenas se ha utilizado comercialmente y a la que sería muy difícil acceder desde las materias primas petroquímicas, da lugar a nuevas poliamidas que contienen estructuras cíclicas a lo largo de la cadena de polímeros. Debido a estos anillos y otros sustitutos, Caramid-S® y Caramid-R® tienen propiedades térmicas excepcionales en comparación con las poliamidas estándar: Las temperaturas de ablandamiento (transición vítrea) son superiores a 110 °C.
Además, los científicos han convertido los lactamos de base biológica en copolímeros con otros monómeros disponibles comercialmente - laurolactama para PA12 y caprolactama para PA6. Esto permite la posibilidad de cambiar las propiedades como la transparencia de las poliamidas PA6 y PA12, ampliando así su perfil de aplicación.
Actualmente, los científicos de Fraunhofer están trabajando en nuevas mejoras de la síntesis de monómeros, que es esencial para una poliamida económicamente viable. Además, están investigando las propiedades de los polímeros en detalle para identificar aplicaciones potenciales e implementar el uso comercial de las biopoliamidas junto con socios industriales.
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