2,5-furaanidikarboksyylihapon valmistaminen biomassasta ja sen käyttäminen biomuovien valmistuksessa

• Main Author: Pirnes, N. (Noora)
• Format: Others
• Language: Finnish
• Published: University of Oulu 2018
• Subjects: Chemistry
• Online Access: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-201806252585; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:fi:oulu-201806252585

2,5-furaanidikarboksyylihappo (FDCA) on aromaattinen yhdiste. Se on rakenteeltaan hyvin samanlainen kuin öljypohjainen tereftaalihappo, jota käytetään yleisesti muovien valmistuksessa. Erona rakenteessa on vain rengasrakenne, joka tereftaalihapossa on bentseenirengas ja FDCA:ssa furaani. Rakenteiden samankaltaisuuden seurauksena myös yhdisteiden ominaisuudet ovat hyvin samanlaiset. Rakenteen, ominaisuuksien ja biomassapohjaisuuden vuoksi FDCA on herättänyt tutkijoiden kiinnostuksen muovien raaka-aineena. FDCA:ta voidaan valmistaa biomassan sokereista katalyyttisillä reaktioilla. Valmistus on kaksivaiheinen. Sen ensimmäisessä vaiheessa valmistetaan biomassan sokereista, pääsääntöisesti fruktoosista, 5-hydroksimetyylifurfuraalia (HMF). Toisessa vaiheessa tästä valmistetaan FDCA:ta. Reaktioita on tutkittu monilla eri katalyyteillä, jotta löydettäisiin taloudellisesti kannattava menetelmä FDCA:n valmistukseen. Katalyytin valinnassa on pyritty huomioimaan myös sen kierrätettävyys ja ympäristöystävällisyys. FDCA:sta voidaan valmistaa useita eri muovityyppejä eli polymeerejä. Polyesterit ovat yleisin polymeeriryhmä, ja niistä tunnetuin on esimerkiksi juomapulloissa käytetty PET-muovi, joka valmistetaan tereftaalihaposta. FDCA:sta on onnistuttu valmistamaan ominaisuuksiltaan hyvin samanlaista polyesteriä kuin PET. Lisäksi FDCA:sta on valmistettu myös muita polymeerityyppejä kuten polyamideja, polyuretaania, epoksihartseja, polyeetteriestereitä ja polyesteriamideja. Näistä biomuoveista on valmistettu onnistuneesti esimerkiksi erilaisia kalvoja. Biomuovien valmistusreaktioita FDCA:sta on useita erilaisia riippuen valmistettavasta polymeeristä ja sen halutuista ominaisuuksista. Biomuoveja on onnistuttu valmistamaan FDCA:sta niin että niiden ominaisuudet pystyvät kilpailemaan valtamuovien ominaisuuksien kanssa. Ne eivät kuitenkaan pääsääntöisesti ole parempia kuin valtamuoveilla. Tulevaisuudessa tutkijat pyrkivät luultavasti kehittämään FDCA-pohjaista monomeeriä pidemmälle parantaakseen edelleen siitä valmistettujen polymeerien ominaisuuksia. Tällöin biomuovien valmistuksen kiinnostus heräisi myös teollisuudessa.