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果糖變、變、變塑膠

2011/02/10 | 未分類 |

Original publish date:Jul 03, 2006

編輯 wakenstep 報導

美國威斯康辛大學麥迪遜分校的化學工程學家由果糖成功製造出塑膠的前驅物,可望取代由石油取得的前驅物、降低石油耗損量。

常用的寶特瓶材料PET是由石油中的對二甲苯(p-xylene)氧化產物—對苯二甲酸(terephthalic acid)所組成。James Dumesic教授的實驗室將果糖分子(fructose)脫水變成5-羥甲基糠醛(5-hydroxymethylfurfural, HMF),此分子可進一步氧化成2,5-呋喃二甲酸(2,5-furandicarboxylic acid, FDCA),結構與對苯二甲酸相似,科學家認為可以取代對苯二甲酸來製造聚酯類的塑膠材料。若是將HMF分子還原變成二醇類,也可以提供製造聚酯類的所需的醇類原料,如此一來就可以完全用生物分子做原料來生產酯類聚合物。

從果糖脫水得到高產率的HMF並不是容易的事,因為光是用酸在水中催化果糖脫水反應,會得到很多不同的產物;HMF產生以後還可能會繼續反應變成其他副產物。Dumesic採用不互溶的二溶劑系統—甲基異丁基酮(methylisobutylketone, MIBK)和水,當HMF在水溶液中形成後就被萃取到上方的有機溶液中,減少繼續反應的機會;在水相中除了酸催化劑外,還添加二甲基亞砜(dimethylsulfoxide)或PVP (poly(1-vinyl-2-pyrrolidinone))、有機相中添加2-丁醇(2-butanol),來提高反應的選擇性。他們可以高達50%重量濃度的果糖溶液作反應,將其中90%的果糖脫水,而其中80%都變成了HMF。

已知生物塑膠有“賽璐珞”(celluloid)、聚羥基羧酸酯(polyhydroxyalkanoate, PHA)等例子,除了不需仰賴石油為原料之外,也能降低二氧化碳的釋放量。Dumesic教授這項研究發現了有效製造HMF的方法,科學家可以開始用HMF去設計結構、性質不同於其他生物塑膠的材料,才能真正取代現今用石油做出來的各種不同性質的塑膠。

原始論文

“Phase Modifiers Promote Efficient Production of Hydroxymethylfurfural from Fructose," Y. Román-Leshkov, J. N. Chheda, J. A. Dumesic, Science 312, 1933, 2006

參考來源:

本文版權聲明與轉載授權資訊:

  • [Mar 01, 2006] 環保除污的細菌—戀臭假單胞菌(Pseudomonas putida)
  • [Apr 21, 2003] 環保塑膠的新合成法

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