Предназначен для молекулярной переработки: полуароматический биополимер на основе лигнина

Резюме

Пример замкнутого подхода к экономике циркулярных материалов описан здесь. Представлен целый устойчивый цикл, в котором полуароматические полиэфиры на биологической основе разрабатываются путем полимеризации, деполимеризации, а затем повторно полимеризуются с незначительными изменениями их выходов или конечных свойств.

Аннотация

Разработка химически перерабатываемых биополимеров открывает возможности в рамках стремления к циркулярной экономике. Химически перерабатываемые биополимеры прилагают положительные усилия для решения проблемы полимерных материалов на этапе утилизации после фазы использования. В этой статье описано и визуализировано производство полуароматических полиэфиры на биологической основе, которые могут быть полностью извлечены из биомассы, такой как лигнин. Полимер poly-S, описанный в этой статье, обладает тепловыми свойствами, аналогичными некоторым широко используемым пластмассам, таким как ПЭТ. Мы разработали реакцию Зеленого Кневенагеля, которая может эффективно производить мономеры из ароматических альдегидов и малоновой кислоты. Было доказано, что эта реакция масштабируема и имеет удивительно низкий расчетный E-фактор. Эти полиэфиры с лигно-фитохимическими веществами в качестве отправной точки показывают эффективную молекулярную переработку с минимальными потерями. Полиэфир поли(дигидрозинапиновая кислота) (поли-S) представлен в качестве примера этих полуароматических полиэфиров, и описаны полимеризация, деполимеризация и реполимеризация.

Введение

В отличие от сжигания полимерных отходов, химическая переработка дает возможность рекуперации мономеров. Химическая переработка является логичным выбором в конце технического срока службы полимерных материалов, поскольку эти полимерные материалы производятся химически¹. Существует два способа химической переработки полимерного материала: пиролиз и молекулярная рециркуляция^2. При пиролизе полимерный материал превращается в продукты более высокой ценности с использованием экстремальных условий^3,4. Молекулярная рециркуляция является эффективным методом восстановлени....

протокол

1. Конденсация синингальдегида в сторону синапиновой кислоты с 5 моль% бикарбоната аммония

1. Добавьте малоновую кислоту (20,81 г, 200,0 ммоль) вместе с сурингальдегидом (36,4 г, 200,0 ммоль) в колбу круглого дна 250 мл. Растворите оба компонента в 20,0 мл этилацетата и добавьте бикарбонат аммония (790 мг, 10,0 ммоль) в колбу.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Для обеспечения полного завершения реакции конденсации вращающийся испаритель может быть использован для дистилляции этилацетата и концентрирования реакционной смеси, что приводит к реакции без растворителя.
2. Держите реакционную смесь в течение 2 часов при 90 °C в открытой колбе без перемешивания для полного превра....

Результаты

Синапиновую кислоту синтезировали в высокой чистоте и высоком выходе (> 95%) из синрингальдегида с использованием конденсации Green Knoevenagel. (Вспомогающая информация: Рисунок S1) Э-фактор является показателем производства отходов, где более высокое число указывает на большее количе?.......

Обсуждение

Когда дигидрозинапиновую кислоту нагревали в реакционном сосуде, происходила сублимация исходного материала, и этот эффект усиливался при применении вакуума. Ацетилирование проводилось на дигидрозинапиновой кислоте, чтобы избежать сублимации. Kricheldorf et al.^12,

Материалы

Name	Company	Catalog Number	Comments
Reaction 1: Green Knoevenagel condensation
Ammonium bicarbonate	Sigma Aldrich	>99%
Ethanol	Boom	Technical grade
Ethyl acetate	Macron	99.8%
Hydrochloric acid	Boom	37%
Malonic acid	Sigma Aldrich	99%	used as received
Sodium bicarbonate	Sigma Aldrich	>99.7%
Syringaldehyde	Sigma Aldrich	98%	used as received
Reaction 2: Hydrogenation
Magnesium sulfate	Macron	99%	dried
Raney™ nickel	Sigma Aldrich	>89%
Sodium hydroxide	Boom	Technical grade	dissolved
Reaction 3: Acetylation
Acetic anhydride	Macron	>98%
Acetone	Macron	>99.5%
Sodium acetate	Sigma Aldrich	>99%
Reaction 4A: Polymerisation
1,2-xylene	Macron	>98%
Sodium hydroxide	Boom	Technical grade	finely powdered
Zinc(II)acetate	Sigma Aldrich	99.99%
Reaction 4B: Depolymerisation
Sodium hydroxide	Boom	Technical grade	dissolved
Sulfuric acid	Macron	100%
Analysis
CDCl3	Cambride Isotope Laboratories, Inc.	99.5%
CF3COOD	Cambride Isotope Laboratories, Inc.	98%
Dimethylformamide	Macron	>99.9%
Hexafluoro-2-propanol	TCI Chemicals	>99%
Methanol	Macron	>99.8%
Tetrahydrofuran	Macron	>99.9%