KNAW

Onderzoek

CCC10-Carbs-2-Polymers

Pagina-navigatie:


Wijzig gegevens


Titel CCC10-Carbs-2-Polymers
Looptijd 01 / 2011 - 12 / 2012
Status Afgesloten
Onderzoeknummer OND1345941

Samenvatting

Probleemstelling
Bij de productie van sucrose uit suikerbieten blijft een grote hoeveelheid bietenpulp over. Een deel van deze pulp kan fermentatief worden omgezet in bio-ethanol. De hemicellulose fractie van de bietenpulp is momenteel nog niet fermenteerbaar. Daarom is het gewenst om te onderzoeken of deze fractie kan dienen als grondstof voor de synthese van bouwstenen voor hoogwaardige bio-polymeren. Het doel is hiermee waarde toe te voegen aan de hemicellulose fractie waardoor de overall economics van de pulp verwaarding verbetert.

Doelgroep en kennisbehoefte
Agro industrie, chemische industrie, polymeer industrie, Academia
Er is behoefte aan meer kennis mbt katalytische conversie van suikers naar bouwstenen voor condensatie polymeren, en zuivering methoden om resin-grade monomeren te verkijgen. Daarnaast is er behoefte aan kennis omtrent milde polymerisatie methoden in combinatie met suiker gebaseerde bouwstenen.

Doelstelling project
Het project heeft twee doelstellingen.
De eerste doelstelling betreft de omzetting van componenten uit de hemicellulose fractie van suikerbietenpulp in voornamelijk suiker gebaseerde bouwstenen. Hoewel deze omzettingen al bekend zijn in de literatuur, worden hierbij grote hoeveelheden veelal onwenselijke, giftige en corrosieve chemicaliën gebruikt. De uitdaging ligt in het ontwikkelen van efficiënte, katalytische processen, waarbij geen stochiometrische hoeveelheden chemicaliën meer noodzakelijk zijn. Daarnaast moeten deze processen producten opleveren met een zeer hoge zuiverheid (>99.9%) om toepasbaar te kunnen zijn als monomeer in polymerisatiereakties. Verder is het van groot belang om de zgn. down-stream processing (DSP) kosten zo laag mogelijk te houden.

De tweede doelstelling betreft de synthese en evaluatie van de eigenschappen van suiker gebaseerde polyesters. Hoewel al een aantal van deze polyesters in de literatuur beschreven zijn, is op basis van deze kleine schaal (< 1g) experimenten geen uitspraak te doen over de bulk eigenschappen van de polymeren (en dus of ze geschikt zijn om polyester producten van te maken zoals flessen, vezels, etc). Binnen dit project zullen nieuwe en bekende suiker gebaseerde polyesters worden gemaakt op 50-100 g schaal, waardoor de bulkeigenschappen vergeleken kunnen worden met die commerciële polyesters zoals PET, en polymelkzuur.

Relevantie project voor EL&I
Dit project draagt bij tot succesvolle implementatie van het bio-refinery concept door niet fermenteerbare componenten uit voedsel reststromen op efficiente wijze om te zetten in producten met een hoge toegevoegde waarde. De kennisleemte mbt dit onderwerp is drie-voudig. Ten eerste is nog weinig bekend over welke katalysatoren het meest efficient zijn voor de omzetting van (poly)saccharides in suiker gebaseerde bouwstenen. Daarnaast is efficiente down stream processing essentieel om tot een product met hoge zuiverheid tegen zo laag mogelijke kosten te komen. Als laatste is er nog steeds weinig bekend over de bulk eigenschappen van bio-based polyesters, waardoor het moeilijk is om concrete uitspraken te doen over toepassingen en markten.
In principe is er sprake van twee producten; de monomere suiker gebaseerde bouwstenen en de daarop gebaseerde polyesters. De monomere suiker gebaseerde bouwstenen kunnen worden beschouwd als bio-based alternatief voor tereftaalzuur dat wereldwijd op grote schaal (> 10 miljoen ton) wordt gemaakt op basis van aardolie. Ook de hierop gebaseerde polyesters (PET, PBT, PPT) worden op zeer grote schaal geproduceerd (totaal > 10 miljoen ton). Bio-based alternatieven zijn zeer interessant voor deze sector. Om de bio-based alternatieven marktrijp te maken moet er een economisch haalbaar, efficiënt proces komen om de monomeren op grote schaal en in hoge zuiverheid te produceren. Daarnaast is inzicht nodig in de bulk-eigenschappen van de polyesters om aan te kunnen geven in welke marktsegmenten (verpakkingen, flessen, vezels, etc) de nieuwe polyesters functionele alternatieven kunnen zijn voor de huidige tereftaalzuur gebaseerde materialen.

Aanpak en tijdspad
Tijdspad: 2009-2012
Doelstelling 1: synthese van suiker gebaseerde bouwstenen.
Voor 2011 willen we ons richten op de milde katalytische oxidatie van suikers uit de hemicellulose fractie van bietenpulp met behulp van moleculair zuurstof en heterogene katalysatoren. Daarnaast zal onderzoek worden verricht naar de zuur gekatalyseerde cyclodehydratatie van suikerderivaten naar bouwstenen voor polyesters.

Doelstelling 2: synthese van suiker gebaseerde polyesters.

Voor 2011 is de verdere synthese van een reeks bio-based polyesters gepland. Deze materialen zullen worden gemaakt onder industrieel toepasbare smelt polycondensatie condities. Hierbij zal de focus liggen op het maken van polymeren met een hoog molecuulgewicht. De polymeren zullen worden geanalyseerd met technieken als DSC, TGA, GPC en NMR. Van polymeren met voldoende hoog molecuulgewicht zullen vervolgens de mechanische eigenschappen worden bepaald mbv trekbank proeven en DMTA.

Resultaten
Verwachtte resultaten voor 2011:

Doelstelling 1: synthese van suiker gebaseerde bouwstenen.

Voor 2010 willen we ons richten op de milde katalytische oxidatie van suikers uit de hemicellulose fractie van bietenpulp met behulp van moleculair zuurstof en heterogene (goud) katalysatoren. Daarnaast zal onderzoek worden verricht naar de zuur gekatalyseerde cyclodehydratatie van suikerderivaten naar bouwstenen voor polyesters.

Doelstelling 2: synthese van suiker gebaseerde polyesters.

Voor 2010 is de synthese van een reeks bio-based polyesters gepland. Deze materialen zullen worden gemaakt onder industrieel toepasbare smelt polycondensatie condities. Hierbij zal de focus liggen op het maken van polymeren met een hoog molecuulgewicht. Naast de suiker gebaseerde polyesters zullen ook polyesters op basis van petrochemische bouwstenen (ftaalzuur en isoftaalzuur) worden gesynthetiseerd als referentie. De polymeren zullen worden geanalyseerd met technieken als DSC, TGA, GPC en NMR. Van polymeren met voldoende hoog molecuulgewicht zullen vervolgens de mechanische eigenschappen worden bepaald mbv trekbank proeven en DMTA.

Doelstelling 1: synthese van suiker gebaseerde bouwstenen.

Indiening van patent mbt tot katalytische oxidatie van pectine suikers. Verdere ontwikkeling van deze technologie en toepassing op ruwe hydrolysaten. Schrijven van wetenschappelijk publicatie over deze ontwikkelingen. Verdere ontwikkeling van zuur gekatalyseerde cyclodehydratatie van gemodificeerde pectine suikers.

Doelstelling 2: synthese van suiker gebaseerde polyesters.

Schrijven van 1 a 2 wetenschappelijke publicaties mbt bio-based polyesters (synthese en mechanische eigenschappen). Verdere ontwikkeling van post-condensatie technieken vor het verkijgen van hoog mol gewicht polymeren.
Publicaties bij dit programma zijn beschikbaar via deze Link

Betrokken organisaties

Betrokken personen

Onderzoeker Dr. A.E. Frissen
Onderzoeker Dr. J. van Haveren
Onderzoeker Dr. F.M. Klis
Projectleider Dr. D.S. Es

Bovenliggende onderzoeksactiviteit(en)


Omhoog
Ga terug naar de inhoud
Ga terug naar de site navigatie