Poliuretany z pochodnych kukurydzy alternatywą dla materiałów petrochemicznych

Naukowcy z Politechniki Gdańskiej opracowali chroniony patentem sposób otrzymywania bio-polioli poliestrowych z produktów z fermentacji kukurydzy, które mogą zastąpić pochodne ropy naftowej w produkcji poliuretanów przy zachowaniu tych samych parametrów przetwórczych. Teraz zabiegają o ochronę europejską wynalazku, który został nagrodzony na międzynarodowych targach i może znaleźć zastosowanie w przemyśle tworzyw sztucznych do produkcji np. elastomerów, pianek elastycznych, farb czy lakierów.

– Materiały poliuretanowe w sposób szczególny wyróżniają się wśród tworzyw sztucznych. Dzięki swoim właściwościom mechanicznym, w tym wytrzymałościowym, znajdują zastosowanie w różnych branżach przemysłu, od medycyny, przez motoryzację, po budownictwo, często w skrajnie różnych aplikacjach. Poliuretany są jednak dość drogimi materiałami, a wynika to głównie z cen półproduktów do ich otrzymywania oraz cen ropy naftowej, dlatego też – co nabiera nowego znaczenia w kontekście obecnej sytuacji na świecie – poszukiwane są alternatywne źródła pozyskiwania surowców do ich otrzymywania. Takie, które pozwolą obniżyć koszty produkcji i wyjść poza specjalistyczny zakres zastosowań materiałów poliuretanowych – mówi dr inż. Paulina Parcheta-Szwindowska, z Katedry Technologii Polimerów na Wydziale Chemicznym PG, która wraz z prof. Januszem Dattą, jest autorką wynalazku.

Półprodukt na bazie związku pochodzenia naturalnego

Jednym z dwóch głównych komponentów, z których otrzymuje się poliuretany i które wpływają na właściwości uzyskanego produktu są poliole. Naukowcy z PG opracowali liniowe bio-poliole poliestrowe oraz sposób ich otrzymywania z zastosowaniem związków pochodzenia naturalnego: bio-kwasów dikarboksylowych, bio-glikoli oraz ich mieszanin.  

Otrzymane tym sposobem bio-poliole mogą stanowić półprodukt do otrzymywania elastomerów poliuretanowych, a z nich następnie takich przedmiotów, jak etui na telefony, elastyczne paski do zegarków i elementy zabawek, uszczelki samochodowe, wypełnienia materaców, podeszwy obuwnicze, materiały powłokotwórcze, farby, lakiery czy kleje, a także mogą znaleźć zastosowanie w budownictwie do produkcji pianki PUR, np. o właściwościach tłumienia drgań akustycznych.

Bez zmiany linii technologicznych

– Nasze bio-poliole mogą być otrzymywane na aktualnie wykorzystywanych liniach technologicznych w firmach, które obecnie produkują poliole poliestrowe, co umożliwia bezpośrednie wdrożenie patentu w przemyśle – podkreśla badaczka. – Różnicą pomiędzy poliolami petrochemicznymi stosowanymi do tej pory w firmach a naszymi jest to, że są pozyskiwane w procesach petrochemicznych, natomiast my wprowadzamy do syntezy monomery pochodzące z fermentacji kukurydzy w kontrolowanych warunkach. Wykorzystujemy je do syntezy polioli poliestrowych, które są w stanie charakteryzować się tymi samymi parametrami, co poliole petrochemiczne.

Alternatywa dla paliw kopalnych, mniejsza emisja CO2

Dr inż. Paulina Parcheta-Szwindowska podkreśla, że stosowanie monomerów wytwarzanych z biomasy ma duże znaczenie dla produkcji współczesnych materiałów polimerowych, w tym tworzyw biodegradowalnych, nie tylko ze względu na to, że stanowi alternatywę dla związków chemicznych pochodzących z surowców kopalnych, ale także dlatego, że jest sposobem na redukcję emisji dwutlenku węgla. Jednym z przykładów takich rozwiązań jest właśnie obróbka kukurydzy w procesie biorafinacji, gdzie skrobia odseparowana ze zmielonej na mokro rośliny poddawana jest procesom konwersji do substancji chemicznych. Należy przy tym podkreślić, że ze względu na rygorystyczne wymagania przemysłu spożywczego, część surowców, która nie spełnia tych wymagań, może być wykorzystywana w przemyśle chemicznym, co z kolei jest sposobem na zagospodarowanie odpadów.

W ramach realizowanego obecnie projektu Titatnium dr inż. Parcheta-Szwindowska rozwija możliwość rozszerzenia ochrony patentowej wynalazku na Europę.

– Liczymy, że nasze bio-poliole znajdą odbiorców w krajach Europy produkujących poliole poliestrowe. Nasza innowacja pomoże zmniejszyć ślad węglowy i jest sposobem na uniezależnienie się od zasobów ropy naftowej w tym obszarze – mówi badaczka.

Wynalazek doceniony na międzynarodowych targach

Badaczka realizuje także projekt badawczy finansowany w ramach konkursu Inkubator Innowacyjności 4.0 pt. „Termoplastyczne elastomery poliuretanowe otrzymane z zastosowaniem bio-polioli poliestrowych”, którego celem jest wspieranie naukowców w komercjalizacji wyników badań oraz poszukiwaniu partnerów biznesowych. Pojawiają się już pierwsze firmy potencjalnie zainteresowane wdrożeniem wynalazku.

Dzięki finansowaniu z Inkubatora zespół PG wziął udział w Międzynarodowych Targach Wynalazków i Innowacji INTARG 2022, podczas których dr inż. Paulina Parcheta-Szwindowska oraz prof. Janusz Datta otrzymali trzy medale: złoty za „Sposób otrzymywania lanych poliuretanów o obniżonej palności”, srebrny za „Liniowe bio-poliole poliestrowe oraz sposób ich otrzymywania oraz brązowy za „sposób otrzymywania liniowych bio-polioli poliestrowych”, a także nagrodę specjalną AWARD of World Invention Intellectual Property Association (WIIPA) za „Sposób otrzymywania nowych poliuretanów o obniżonej palności” (wraz z Izabelą Zagożdżon i Joanną Niesiobędzką).

Dodajmy, że dzięki grantom z programu Radium uzdolnieni studenci pod kierunkiem dr inż. Pauliny Parchety-Szwindowskiej zajmują się syntezą i charakterystyką transparentnych elastomerów poliuretanowych.

Badaczka będzie też kontynuować i rozwijać badania nad poliolami poliestrowymi w ramach stażu naukowego finansowanego z programu Europium.