In het Leibniz Instituut voor Katalyse (LIKAT) is een biologische polymeer met geheugen ontwikkeld. Het geheugeneffect is temperatuurafhankelijk. De schakeltemperaturen kunnen flexibel worden aangepast. Toepassingen in onder andere de geneeskunde en de logistiek zijn mogelijk.
Het katalytische proces voor deze stof met geheugen is ontwikkeld door de scheikundige Bernhard Stadler als onderdeel van zijn proefschrift. Het proefschrift maakt deel uit van het EU-project GreenSolRes, dat het gebruik van hernieuwbare grondstoffen voor de productie van biochemicaliën onderzoekt.
Onderzoekers gaan ervan uit dat er ongeveer een dozijn zogenaamde platformchemicaliën zijn die op biologische basis kunnen worden geproduceerd en dus geschikt zijn om de petrochemie te vervangen. Een van deze chemicaliën is levulinezuur. Het wordt met hoge opbrengsten geproduceerd wanneer bijvoorbeeld houtafval met water en verdund zwavelzuur tot 200 graden wordt verhit. Een chemische reactie die al honderd jaar bekend is.
Katalytisch proces
De taak van Stadler in het GreenSolRes-project is om derivaten van levulinezuur te verfijnen tot innovatieve materialen. De chemicus bereikt dit door gebruik te maken van zowel katalysatoren als levulinezuur, waterstof en vernettingsmiddelen. In het katalytische proces wordt eerst een tussenproduct, een zogenaamde diol (1,4-pentaandiol), gecreëerd, dat in een volgende stap wordt gecombineerd tot een polyester. Het eindproduct is een heldere, viscose vloeistof die geschikt is als lijm. Bij uitharding gedraagt het materiaal zich als een rubber.
Met de hulp van onderzoekers van Henkel is de promovendus erin geslaagd om een polymeer op basis van 1,4-pentaandiol te produceren. Verrassend was het vormgeheugen.Het polymeer kan worden opgerold en houdt deze vorm onder negen graden Celsius. Zodra het weer opwarmt tot kamertemperatuur, rolt het zich af in zijn oorspronkelijke vorm.
Flexibel schakelbaar
Polymeren met vormgeheugen zijn bekend, maar het effect is duidelijk bij zeer specifieke temperaturen, die meestal tussen 60 en 70 graden Celsius liggen. Met biologisch gebaseerde 1,4-pentaandiol in polymeren kunnen verschillende schakeltemperaturen worden ingesteld. Het geheugeneffect kan dus flexibel worden geïnduceerd en het materiaal kan bijvoorbeeld bij lichaamstemperatuur of typische koeltemperaturen worden gebruikt. Deze eigenschap maakt 1,4-pentaandiol tot een veelbelovende biologische bouwsteen – en opent potentiële toepassingen in de geneeskunde en logistiek.
De industrie stelt zich open voor biologische producten omdat er een groeiend bewustzijn is van klimaat- en milieukwesties op de markt, weet Stadler. Deze producten zijn echter niet alleen bedoeld om fossiele grondstoffen te vervangen, maar ook om een extra prestatievoordeel te bieden met nieuwe eigenschappen. De lijm op basis van levulinezuur biedt dit gewenste voordeel.
Volgens Stadler is dit mogelijk gemaakt door nauwe samenwerking met de ontwikkelingsafdeling van Henkel. Beide partners hebben een gezamenlijk octrooi aangevraagd voor het materiaal en de werkwijze. Henkel produceert het product al voor testdoeleinden. Tegelijkertijd onderzoekt de ontwikkelingsafdeling het marktpotentieel van het biologisch materiaal – bijvoorbeeld in de kleefstoffensector.
Op de foto: Bernhard Stadler van het Leibniz Institut für Katalyse
Ook interessant:
Voedselresten als grondstof voor bioplastics
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
