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2020年10月30日
由生物质开发的最高耐热塑料

尽管目前石油基塑料产品比生物塑料更坚固,更灵活,但日本的科学家正在努力解决这一问题。

概要

使用源自生物质的塑料是建立可持续发展社会的主要问题之一,该社会被纳入可持续发展目标之一。然而,由于其低的耐热性,大多数生物质衍生的塑料的使用受到限制。 JAIST与U-Tokyo的合作研究成功地开发了白色生物技术从纤维素生物质转化为芳香族聚合物的技术,该聚合物在有报道的所有塑料中具有最高的热降解性。

利用生物质开发新型节能材料是建立可持续环境的前沿。由可再生生物质生产的天然轻质塑料是发展循环经济的前提。但是,当前可用的生物塑料主要是脂族的(例如; PLA,PHA,PA11等),因此具有差的热稳定性,这限制了它们的进一步应用。基于芳香族骨架的聚合物因其高耐热性而被广泛考虑(例如Zylon?塞拉唑?,卡普顿?等),但由于难以控制其结构,因此很少有从生物质中开发出芳香族杂环单体的方法。

Ohnishi教授及其在U-Tokyo的研究小组从牛皮纸浆生产了两种特定的芳香族分子,即3-氨基-4-羟基苯甲酸(AHBA)和4-氨基苯甲酸(ABA),这是一种不可食用的纤维素原料。重组微生物选择性地提高了芳族单体的生产率,并抑制了副产物的形成。金子子教授 他在JAIST的研究小组已将AHBA化学转化为3,4-二氨基苯甲酸(DABA);然后通过缩聚反应聚合成聚(2,5-苯并咪唑)(ABPBI),并加工成耐热膜。另外,将非常少量的ABA与DABA结合使用,可显着提高所得共聚物的耐热性,并将加工后的薄膜归因于有史以来最高的热稳定性塑料(图1)。

密度泛函理论(DFT)的计算证实,尽管π共轭苯/杂环重复序列被认为是40年来最理想的耐热塑料,但少量的ABA掺入加强了咪唑之间的链间氢键。

由不可食用的生物质原料开发的,具有热稳定性(超过740°C)优异的有机塑料,无需使用重的无机填料,因此具有轻质的特性。通过控制π共轭的超高耐热性聚合物的这种创新的分子设计可以有助于建立可持续的负碳社会,并通过减轻重量来节约能源。

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图1.具有超高耐热性和帧延迟的纤维素衍生的PBI和PBI / PA薄膜的开发策略。

资源:JAIST,新闻稿,2020年10月21日。

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