Yeşil Kimya Sayesinde Biyobazlı Sürdürülebilir Kaplamalar Oluşturuldu

Fotoğraf: Lignoselüloz biyokütlesi ,furfural üretmek için asit kullanılarak parçalanır. Üretilen bu furfural görünebilir ışık ve oksijeni kullanarak hidroksibutenolide dönüştürülür. UV (ultraviyole) ışığı kullanarak kaplamalara polimerize edilebilmesi için  Alkoksibutenolid monomerleri üretmek üzere farklı alkolleri kullanarak modifiye edilir. Kredi: George Hermens ve Paco Visser, Groningen Üniversitesi.

Groningen Üniversitesi’nden organik kimyagerler ve Hollandalı, çok uluslu bir şirket olan, boyalar ve kaplamaların önemli küresel üreticisi olan AkzoNobel, ışık, oksijen ve UV ışını kullanarak biyokütleyi yüksek kaliteli bir kaplamaya dönüştürmeyi sağlayan bir proses geliştirdi. Bu proses yenilenebilir bir kaynağı, yeşil kimya ile birleştirir ve kaplamalar, reçineler, boyalar için yapı taşları olarak mevcut olarak kullanılan akrilatlar gibi petrokimya temelli monomerlerin yerini alabilir. Yeni prosesle ilgili bir makale, 16 Aralık 2020 tarihinde “Science Advances” dergisinde yayınlandı.

Groningen Üniversitesi’nden organik kimyagerler ve Hollandalı, çok uluslu bir şirket olan, boyalar ve kaplamaların önemli küresel üreticisi olan AkzoNobel, ışık, oksijen ve UV ışını kullanarak biyokütleyi yüksek kaliteli bir kaplamaya dönüştürmeyi sağlayan bir proses geliştirdi. Bu proses yenilenebilir bir kaynağı, yeşil kimya ile birleştirir ve kaplamalar, reçineler, boyalar için yapı taşları olarak mevcut olarak kullanılan akrilatlar gibi petrokimya temelli monomerlerin yerini alabilir. Yeni prosesle ilgili bir makale, 16 Aralık 2020 tarihinde “Science Advances” dergisinde yayınlandı.

Biyokütle

Bu kaplamaları daha sürdürülebilir yapmak için Groningen Üniversitesi bilim insanları, Organik Kimya Profesörü Ben Feringa liderliğinde , kaplama üreticisi AkzoNobel’den bilim insanları ile ekip oluşturdular. Feringa grubunda  bir PhD (doktora öğrencisi) olan ve Science Advances dergisindeki makalenin ilk yazarı olan George Hermens, “Biz başlangıç malzemesi olarak lignoselülozu kullanmak istedik” diyor. Lignoselüloz bitkilerin odunsu kısımlarının %20 ile %30’ unu oluşturur ve dünyada mevcut olan en bol ham biyokütle maddesidir. Şu anda, esasen katı bir yakıt olarak kullanılır veya biyoyakıt üretmek için kullanılır.

Fotoğraf: Bu kişi ,doğadan kaplama oluşturma projesinin liderliğini yürüten, 2016 Nobel Kimya Ödülünün kazananı, Groningen Üniversitesi Organik Kimya Profesörü Ben Feringa’dır. Kredi: Jeroen van Kooten.

“Lignoselüloz, kimyasal yapı taşı olan furfural oluşturmak için asit ile parçalanabilir fakat  kaplama ürününe uyumlu yapmak için modifiye edilmeye ihtiyaç duyar,” şeklinde açıklar Hermens. Furfuralı, akrilik aside benzeyen bir bileşen olan hidroksibutenolide dönüştürmek için kendi gruplarında geliştirilmiş olan bir proses kullandı. “Kimyasal dönüşümde sadece ışık, oksijen ve basit bir katalizör kullanır ve atık üretmez. Tek yan ürün, diğer proseslerde kloroflorokarbonlar için bir yer değiştirme elemanı (yer değiştiren) olarak kullanışlı olan metil formattır.”

Özellikleri

Hidroksibutenolid yapısının bir kısmı akrilata benzerdir, fakat  molekülün reaktif kısmı bir halka yapısıdır. “Bu, akrilattan daha az reaktif olduğu anlamına gelir ve bizim mücadelemiz molekülü daha ileri seviyeye modifiye etmekti, bu şekilde daha kullanışlı bir polimer üretilebilebilecektir.” Bu, hidroksibutenolide farklı yeşil veya biyobazlı alkolleri ekleyerek ve dört farklı alkoksibutenolid monomerleri oluşturarak başarıldı.

Fotoğraf: Bu fotoğraf, makalenin birinci ve ikinci yazarlarını gösterir, Thomas Freese (solda) ve George Hermens , furfuralı hidroksibutenolide dönüştürmek için kullanılan akış sisteminin önündedir. Kredi: Feringa Lab, Groningen Üniversitesi.

Bu monomerler, bir başlatıcı ve UV ışını yardımıyla polimerlere ve kaplamalara dönüştürülebilir. “Kaplamalar, çapraz bağlı polimer zincirlerinden meydana gelirler. Farklı monomerleri kombine ederek, farklı özelliklerde çapraz bağlı polimerler elde edebildik.” Örneğin, bütün polimerler camı kaplarken, plastik üzerinde bir kaplama formunda bir kombinasyon da oluşturabildi. Ve daha fazla sert monomerler ekleyerek, otomobil kaplamalarındakine benzer özelliklere sahip olan daha sert bir kaplama oluşturuldu. Bu şekilde, bu kaplamalar farklı amaçlar için uyumludur.

Ürünü geliştirme

“Yeşil kimyayı kullanarak, lignoselüloz gibi yenilenebilir bir kaynaktan kaplamalar oluşturmayı başardık,” şeklinde sonuçlandırıyor Hermens. “Ve kaplamalarımızın kalitesi mevcut olan akrilik temelli kaplamalarla benzerdir.” Prosesteki iki adım için patent uygulamaları boşluğu, projedeki endüstriyel işbirlikçi olan AkzoNobel ile doldurulmuştur. Hermens, şu an polimer kaplamalarının farklı tiplerini üretmek için, furfuraldan türetilen farklı bir yapı taşı üzerinde çalışıyor.

Proje, yeni geliştirilen enerji taşıyıcıları ve sürdürülebilir kimya malzemeleri ve kimyasalları  için yeni kimyasal prosesler 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 işbirlikçiler ile ulusal bir girişimdir. Dahil olan üç üniversite (Utrecht Üniversitesi, Groningen Üniversitesi ve Eindhoven Teknoloji Üniversitesi) ve büyük endüstriyel işbirlikçilerin yanısıra (AkzoNobel, Shell, Nouryon ve BASF)  Eğitim, Kültür ve Bilim ve Ekonomik İşler ve İklim Politikaları ve Hollanda Araştırma Konseyi (NWO) bulunmaktadır. Feringa: “ Program, temel bilimsel keşiften proses ve ürün geliştirmeye kadar tüm adımları içeriyor. Bu uzun vadeli işbirlikte, üniversiteler ve kimya endüstrisi geleceğin yeşil kimyasını geliştirmek için güçlerini birleştiriyor. ”

Kaynak: scitechdaily.com