Cellulose wordt grotendeels gewonnen uit plantaardig materiaal en kan worden omgezet in moleculen die kunnen worden gebruikt om nieuwe recyclebare polymeren te creëren die duurzame alternatieven bieden voor sommige kunststoffen. Onderzoekers van de Hokkaido Universiteit hebben een grote stap gezet in de richting van het maken van recycleerbare en stabiele kunststoffen uit plantaardig materiaal. Dit is een belangrijke vereiste om de last van plasticvervuiling in het milieu te verminderen.
Ze ontwikkelden een handige, veelzijdige methode om een verscheidenheid aan polymeren te maken met behulp van chemicaliën gewonnen uit plantaardige cellulose; Het beste van alles is dat de polymeren volledig recyclebaar zijn. De methode is gepubliceerd in het tijdschrift ACS Macro Letters.
Cellulose is een van de meest voorkomende componenten van plantaardige biomassa en is een belangrijk onderdeel van de taaie celwanden die alle plantencellen omringen. Cellulose wordt gemakkelijk verkregen uit plantaardig afval zoals stro en zaagsel, dus het gebruik van cellulose als grondstof voor de productie van polymeren vermindert de landbouwgrond die wordt gebruikt voor de voedselproductie niet. Cellulose is een polysacharidepolymeer met lange keten dat bestaat uit meerdere suikergroepen (vooral glucose) die met elkaar zijn verbonden door chemische bindingen.
Om het nieuwe polymeer te maken, gebruikte het onderzoeksteam uit Hokkaido twee in de handel verkrijgbare kleine moleculen, levoglucosenon (LGO) en dihydrolevoglycosenon (Cyrene), die zijn gemaakt van cellulose. Ze ontwikkelden nieuwe chemische processen om LGO en Cyrene om te zetten in verschillende niet-natuurlijke polysacharidepolymeren. Door de precieze chemische structuur van het polymeer te veranderen, kunnen verschillende materialen worden gegenereerd voor een verscheidenheid aan mogelijke toepassingen.
"De grootste uitdaging waar we voor staan is het beheersen van de polymerisatiereactie die kleinere monomeermoleculen met elkaar verbindt, en het verkrijgen van polysacharidematerialen die stabiel genoeg zijn voor algemene toepassingen, terwijl ze ook kunnen worden afgebroken en gerecycled onder specifieke chemische omstandigheden."
Li voegde eraan toe dat de grootste verrassing tijdens het onderzoek was dat de polymeerfilms die ze produceerden zeer transparant waren, wat van cruciaal belang kan zijn voor de gespecialiseerde toepassingen waarvoor deze polymeren het meest geschikt lijken te zijn. Professor Toshifumi Satoh, een andere corresponderende auteur, voegde hieraan toe: Omdat deze materialen vrij hard zijn en misschien moeilijk te gebruiken zijn als flexibele plastic materialen zoals plastic zakken, denk ik dat ze geschikter zijn voor gebruik als hoogwaardige materialen in optische, elektronische en biomedische toepassingen.
Andere onderzoeksgroepen over de hele wereld onderzoeken ook het potentieel van het gebruik van planten om kunststoffen te maken in plaats van polymeren, en sommige van deze ‘bioplastics’ zijn al commercieel verkrijgbaar, maar Sato’s groep voegt een belangrijke nieuwe kans toe aan dit snelgroeiende veld.
Het team is nu van plan nog veel meer mogelijkheden te onderzoeken, maar het aantal mogelijke structurele variaties is zo groot dat ze hopen de krachten te bundelen met experts op het gebied van computationele chemie, kunstmatige intelligentie en geautomatiseerde synthese om deze opties te onderzoeken.
"We hopen dat dit werk zal leiden tot de ontwikkeling van een verscheidenheid aan nuttige, niet-natuurlijke polysacharidepolymeren als onderdeel van een duurzame synthetische gesloten kringloop van biomassa tot efficiënte recycling."
Samengesteld uit: ScitechDaily