Synthese-Methode

Ressourcensparende Synthese von Polyacrylat- und Polymethacrylatharzen aus biologischen Rohstoffen. (Bild: Wiley-VCH)

Die Methode zeigt, wie alle Teilschritte der Synthese, vom Grundbaustein bis zur Polymerisation, in einem einzigen Reaktor durchgeführt werden können. Dies hält den ökologischen Fußabdruck klein. Die meisten Lacke und ein Großteil der wasserbasierten Klebstoffe und Anstriche bestehen aus Acrylharzen, den Polymeren von Acrylsäure- und Methacrylsäureestern. Deren chemische Grundstoffe sind Acrylsäure beziehungsweise Methacrylsäure sowie Alkohole. Vor allem den Alkoholen verdanken die Kunststoffe ihre Eigenschaften wie weich oder hart und wasseraufnehmend oder -abweisend. Veröffentlich wurde die Methode erstmals in der Zeitschrift Angewandte Chemie.

Biologische Rohstoffquellen

Um diese Polyacrylate und Polymethacrylate nachhaltiger zu machen, setzten Christophe M. Thomas und sein Team vom Institut de Recherche de Chimie in Paris Alkohole aus biologischen Quellen ein, darunter die pflanzlichen Stoffe Laurylalkohol, Menthol, Tetrahydrogeraniol (eine Pheromon-ähnliche Substanz) und Vanillin sowie Ethyllactat, einen Milchsäureester.

Die gesamte Kunststoffsynthese sollte möglichst wenige Teilschritte erfordern. Dafür musste das Forscherteam geeignete Katalysatoren finden, die für mehrere Schritte passen und sämtliche chemische Bedingungen wie Lösungsmittel, Konzentrationen und Temperaturen aufeinander abstimmen.

Polymerisation im selben Reaktor

Für den ersten Syntheseschritt, das Aktivieren der Acrylsäure oder Methacrylsäure, wurden Katalysatoren aus einfachen Salzen identifiziert. Mit diesen Substanzen gelang auch die anschließende Verknüpfung der biologischen Alkohole mit Anydriden, den kondensierten Formen der Acryl- und Methacrylsäure, zu den entsprechenden Estern, den Grundbausteinen des Polymers.

„Dieser Schritt bei der Produktion der Bausteine für das Polymer ist sehr effizient. Dadurch konnten wir die Polymerisation gleich im selben Reaktor durchführen“, erklärt Thomas. Ohne weitere Aufreinigung der Zwischenprodukte kam das Team sogar durch separate Herstellung von zwei oder drei Einzelsubstanzen zu den in der Kunststoffproduktion besonders gefragten Block-Copolymeren.

Die hergestellten biobasierten Kunststoffe warteten je nach Monomer mit unterschiedlichen Eigenschaften auf. So war das Harz mit der Milchsäureseitenkette hart und spröde, das mit der flexibleren Tetrahydrogeraniol-Seitenkette bei Raumtemperatur biegsam. Wegen der vielen möglichen biobasierten Alkohole ist ein breites Produktspektrum denkbar.

Diese „Eintopfsynthese“ (alle Teilschritte in einem Reaktor) ermöglicht einen besonders kleinen ökologischen Fußabdruck, abgelesen als E-Faktor, dem Indikator für die Masseneffizienz. Da diese Eintopfsynthese keine Aufarbeitung der Zwischenprodukte enthielt, konnte das Team für eines ihrer Produkte den E-Faktor um drei Viertel senken.

Quelle: Presse Angewandte Chemie

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