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Forscher entwickeln neue Methoden für erneuerbares Polyurethan

2021-11-23

NREL-Forscher haben eine bahnbrechende Methode entwickelt, bei der aus ungiftigen Ressourcen wie Leinöl, Altöl und sogar Algen erneuerbares Polyurethan ohne giftige Vorläufer hergestellt wird. Dies ist ein Durchbruch, der das Potenzial hat, den Markt für Schuhe, Autos, Matratzen und andere Produkte grüner zu machen.

Beschleunigen Sie den Prozess mit natürlichen Ölen

Die chemische Reaktion von NREL reagiert natürliche Öle mit leicht verfügbarem Kohlendioxid, um erneuerbares, ungiftiges Polyurethan herzustellen, das eine Möglichkeit zur Herstellung einer Vielzahl umweltfreundlicher Materialien und Produkte darstellt.

Die eigentliche Herausforderung besteht darin, die Reaktion zu beschleunigen, um mit der traditionellen Handwerkskunst zu konkurrieren. Forscher müssen Polymere mit mindestens denselben Eigenschaften wie herkömmliche Materialien herstellen, was ein großes technisches Hindernis für die Kommerzialisierung biobasierter Polyurethane darstellt.

„Die in der Literatur beschriebenen biobasierten Nicht-Isocyanat-Methoden sind langsamer“, erklärt NREL Tao Dong. "Daher müssen wir sicherstellen, dass unsere Reaktivität mit der der traditionellen Chemie vergleichbar ist."

Epoxidierungsverfahren

Das Verfahren von NREL überwindet dieses Hindernis, indem es biobasierte Formulierungen durch clevere chemische Prozesse entwickelt. Es beginnt mit dem Epoxidationsprozess, der das Grundöl (von Rapsöl oder Leinöl bis hin zu Algen oder Speiseresten) für weitere chemische Reaktionen vorbereitet. Durch Umsetzung dieser epoxidierten Fettsäuren mit CO 2 in der Luft oder im Rauchgas werden kohlensäurehaltige Monomere hergestellt. Schließlich kombinierten die Forscher während des Polymerisationsprozesses kohlensäurehaltige Monomere mit Diaminen (abgeleitet von Aminosäuren, einer weiteren biobasierten Quelle), um ein Material herzustellen, das zu einem harzfreien Polyurethan ausgehärtet werden kann.

Durch den Ersatz von erdölbasierten Polyolen durch ausgewählte natürliche Öle und den Ersatz giftiger Isocyanate durch biobasierte Aminosäuren gelang es den Forschern, Polymere zu synthetisieren, deren Eigenschaften denen herkömmlicher Polyurethane vergleichbar sind. Mit anderen Worten, sie haben eine praktikable, erneuerbare, ungiftige Alternative zu herkömmlichem Polyurethan entwickelt. Chemische Reaktionen erhöhen auch den Umweltnutzen.

"Bis zu 30 % des Gewichts des fertigen Polymers sind CO 2 ", sagte Phil Pienkos und fügte hinzu, dass die Menge an Öl und Aminosäuren, die durch das von Pflanzen oder Algen aufgenommene CO 2 produziert wird, noch beeindruckender ist. Erster Platz.

Erhöhen Sie den Wert von CO2

CO2 ist ein allgegenwärtiges Treibhausgas, das in verschiedenen industriellen Prozessen allgemein als unglückliche Verschwendung angesehen wird und viele Unternehmen dazu veranlasst, nach Wegen zu suchen, es aufzunehmen, zu eliminieren oder sogar als potenzielle Gewinnquelle zu nutzen. Durch den Einbau von CO 2 in die Struktur von Polyurethan boten Pienkos und Dong eine Möglichkeit, dessen Wert zu steigern. Pienkos fuhr fort:

"Das bedeutet, dass weniger Rohstoffe pro Pfund Polymer benötigt werden, geringere Kosten und eine geringere COXNUMX-Bilanz." "Wir glauben, dass dies eine bedeutende Chance für Nachhaltigkeit bietet."

um die Bedürfnisse des Marktes zu befriedigen

Non-toxic

Der nächste Schritt besteht darin, zu prüfen, ob das Verfahren kommerzialisiert und skaliert werden kann, um die Marktnachfrage zu erfüllen.

Denn Polyurethan muss, ob erneuerbar oder nicht, die Erwartungen der Verbraucher an Markenprodukte unter Beweis stellen. Der Herstellungsprozess muss auch mit dem Herstellungsprozess des Unternehmens übereinstimmen, damit sie in neue Materialien "investieren" können, ohne große Geldsummen für die Modernisierung von Einrichtungen oder Ausrüstung ausgeben zu müssen.

"Deshalb müssen wir mit Industriepartnern zusammenarbeiten", erklärte Dong, "um sicherzustellen, dass unsere Forschung mit ihrem Herstellungsprozess übereinstimmt."

In nur zwei Jahren, seit Forscher erstmals die Machbarkeit der Herstellung vollständig erneuerbarer, ungiftiger Polyurethane demonstrierten, haben viele Unternehmen Ressourcen und Forschungspartnerschaften zur Förderung der Kommerzialisierung beigetragen.

Abstimmbare Chemie

Beispielsweise kann durch Steuerung des Epoxidationsverfahrens oder des Ausmaßes der Karbonisierung das Verfahren angepasst werden, um die Leistungsanforderungen des Produkts zu erfüllen. Dadurch hat die Laufsohle eines Laufschuhpaares genügend Flexibilität und Festigkeit, um den Aufprall von vielen Kilometern in heißem oder kaltem Asphalt standzuhalten. Oder es kann die Steifigkeit und Unterstützung der Matratze ausgleichen.

"Dies wird durch Vorschriften getrieben. Es ist auf dem Markt attraktiv. Aufgrund der Kosten hat es das Potenzial, mit nicht erneuerbaren Energien zu konkurrieren. Es hat einen geringeren COXNUMX-Fußabdruck. Es ist alles vorhanden", sagte Pienkos über die Kommerzialisierungsmöglichkeiten. "Dies wurde der aufregendste Aspekt meiner NREL-Karriere. Als ich in Rente ging, entschied ich mich, dieses Ziel zu erreichen. Ich möchte, dass diese Technologie sie tatsächlich auf den Markt bringt."

"Ich denke, dies ist eine gute Gelegenheit, das Problem der Plastikverschmutzung zu lösen." "Wir müssen unsere Umwelt schützen, was zum Teil bei der Herstellung nachwachsender Kunststoffe beginnt."

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