Sustainable polyesters via direct functionalization of lignocellulosic sugars

化学 聚酯纤维 极限抗拉强度 解聚 化学工程 有机化学 木糖 聚合物 木质素 原材料 生物高聚物 玻璃化转变 产量(工程) 复合材料 发酵 材料科学 工程类
作者
Lorenz P. Manker,Graham R. Dick,Adrien Demongeot,Maxime A. Hedou,Christèle Rayroud,Thibault Rambert,Marie J. Jones,Irina Sulaeva,Mariella Vieli,Y. Leterrier,Antje Potthast,François Maréchal,Véronique Michaud,Harm‐Anton Klok,Jeremy S. Luterbacher
出处
期刊:Nature Chemistry [Nature Portfolio]
卷期号:14 (9): 976-984 被引量:126
标识
DOI:10.1038/s41557-022-00974-5
摘要

The development of sustainable plastics from abundant renewable feedstocks has been limited by the complexity and efficiency of their production, as well as their lack of competitive material properties. Here we demonstrate the direct transformation of the hemicellulosic fraction of non-edible biomass into a tricyclic diester plastic precursor at 83% yield (95% from commercial xylose) during integrated plant fractionation with glyoxylic acid. Melt polycondensation of the resulting diester with a range of aliphatic diols led to amorphous polyesters (Mn = 30–60 kDa) with high glass transition temperatures (72–100 °C), tough mechanical properties (ultimate tensile strengths of 63–77 MPa, tensile moduli of 2,000–2,500 MPa and elongations at break of 50–80%) and strong gas barriers (oxygen transmission rates (100 µm) of 11–24 cc m−2 day−1 bar−1 and water vapour transmission rates (100 µm) of 25–36 g m−2 day−1) that could be processed by injection moulding, thermoforming, twin-screw extrusion and three-dimensional printing. Although standardized biodegradation studies still need to be performed, the inherently degradable nature of these materials facilitated their chemical recycling via methanolysis at 64 °C, and eventual depolymerization in room-temperature water.
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