Zellulose wird größtenteils aus Pflanzenmaterial gewonnen und kann in Moleküle umgewandelt werden, die zur Herstellung neuer recycelbarer Polymere verwendet werden können, die nachhaltige Alternativen zu einigen Kunststoffen darstellen. Forscher der Universität Hokkaido haben einen großen Schritt auf dem Weg zur Herstellung recycelbarer und stabiler Kunststoffe aus Pflanzenmaterialien gemacht. Dies ist eine wichtige Voraussetzung, um die Belastung der Umwelt durch Plastikverschmutzung zu verringern.
Sie entwickelten eine praktische und vielseitige Methode zur Herstellung verschiedener Polymere mithilfe von Chemikalien, die aus pflanzlicher Zellulose gewonnen wurden. Das Beste ist, dass die Polymere vollständig recycelbar sind. Die Methode wurde in der Zeitschrift ACS Macro Letters veröffentlicht.
Zellulose ist einer der am häufigsten vorkommenden Bestandteile pflanzlicher Biomasse und ein wichtiger Bestandteil der robusten Zellwände, die alle Pflanzenzellen umgeben. Zellulose lässt sich leicht aus pflanzlichen Abfällen wie Stroh und Sägemehl gewinnen, sodass die Verwendung von Zellulose als Rohstoff für die Polymerproduktion nicht zu einer Verringerung der landwirtschaftlichen Nutzfläche für die Nahrungsmittelproduktion führt. Cellulose ist ein langkettiges Polysaccharidpolymer, das aus mehreren Zuckergruppen (insbesondere Glucose) besteht, die durch chemische Bindungen verbunden sind.
Um das neue Polymer herzustellen, verwendete das Hokkaido-Forschungsteam zwei kommerziell erhältliche kleine Moleküle, Levoglucosenon (LGO) und Dihydrolevoglycosenon (Cyrene), die aus Cellulose hergestellt werden. Sie entwickelten neuartige chemische Prozesse, um LGO und Cyrene in verschiedene nicht-natürliche Polysaccharidpolymere umzuwandeln. Durch die Veränderung der genauen chemischen Struktur des Polymers können unterschiedliche Materialien für eine Vielzahl möglicher Anwendungen erzeugt werden.
„Die größte Herausforderung für uns besteht darin, die Polymerisationsreaktion zu kontrollieren, die kleinere Monomermoleküle miteinander verbindet, und Polysaccharidmaterialien zu erhalten, die für gängige Anwendungen stabil genug sind und gleichzeitig unter bestimmten chemischen Bedingungen abgebaut und recycelt werden können.“
Li fügte hinzu, dass die größte Überraschung während der Forschung darin bestand, dass die von ihnen hergestellten Polymerfilme hochtransparent waren, was für die speziellen Anwendungen, für die diese Polymere am besten geeignet zu sein scheinen, von entscheidender Bedeutung sein könnte. Professor Toshifumi Satoh, ein weiterer korrespondierender Autor, fügte hinzu: Da diese Materialien ziemlich hart sind und möglicherweise schwierig als flexible Kunststoffmaterialien wie Plastiktüten zu verwenden sind, denke ich, dass sie besser für den Einsatz als Hochleistungsmaterialien in optischen, elektronischen und biomedizinischen Anwendungen geeignet sind.
Andere Forschungsgruppen auf der ganzen Welt erforschen ebenfalls das Potenzial der Verwendung von Pflanzen zur Herstellung von Kunststoffen anstelle von Polymeren, und einige dieser „Biokunststoffe“ sind bereits kommerziell erhältlich, aber Satos Gruppe fügt diesem schnell wachsenden Bereich eine wichtige neue Chance hinzu.
Das Team plant nun, viele weitere Möglichkeiten zu erkunden, aber die Zahl der möglichen Strukturvarianten ist so groß, dass sie hoffen, mit Experten für Computerchemie, künstliche Intelligenz und automatisierte Synthese zusammenzuarbeiten, um diese Optionen zu erkunden.
„Wir hoffen, dass diese Arbeit zur Entwicklung einer Vielzahl nützlicher nicht-natürlicher Polysaccharidpolymere als Teil eines nachhaltigen synthetischen geschlossenen Kreislaufs von Biomasse bis hin zu effizientem Recycling führen wird.“
Zusammengestellt von: ScitechDaily