天然物质 3-carene 是松香油的一部分，是从木材生产纤维素过程中的废料。到目前为止，这种副产品在大多数情况下被焚烧。Fraunhofer 的研究人员正在利用新的催化过程将 3-carene 转化为生物塑料的构成成分。新的聚酰胺不仅透明，而且具有很高的热稳定性。

塑料是玻璃或金属在广泛应用中的有价值替代品。聚酰胺在制造高质量结构部件中发挥着重要作用，因为它们不仅耐冲击和磨损，而且对许多化学品和溶剂也具有抵抗力。如今，聚酰胺主要是从原油中生产的。

可持续和可再生的替代品

Fraunhofer IGB 工程与生物技术研究所正在研究一种可持续和可再生的替代品，以从富含树脂的木材中生产高效的新塑料（萜烯）[是一类在自然界中广泛存在的有机物质，主要在植物中作为香精的主要成分。许多萜烯是碳氢化合物，但也存在一些不是碳氢化合物的化合物，它们的分子结构中含有氧，但被视为萜烯，例如醇、醛或酮。萜烯碳氢化合物的分子式为 C5H8(n)。]。可从针叶树如松树、欧洲松或杨树中获得。在纸浆生产中，木材被破碎以分离纤维素，萜烯作为副产品，即松香油，以大量分离出来。

来自木材废料的单体

在“TerPa”项目中，萜烯作为生物基聚酰胺的结构成分，Fraunhofer IGB 下的 BioCat Straubing 单位的研究人员现在成功地优化了从 3-carene 中合成内酰胺的过程，并将其转化为一种具有竞争力的、可扩展的潜在工业规模的过程。内酰胺是生产聚酰胺的构成成分。Straubing 的专家们之前已经证明，像 α-蒎烯、柠檬烯和 3-carene 这样的萜烯是合成生物基内酰胺的合适原料。

经济高效的单步反应序列

将 3-carene 转化为相关的内酰胺需要四个连续的化学步骤。Straubing 的专利待申请方法的一个特殊特点是，转化可以在一个独立的反应器中作为“单步反应序列”进行——即不需要对所需的中间产品进行纯化。开发和优化这一有前景过程的 Paul Stockmann 解释说：“我们通过精确选择催化剂和反应条件实现了这一点，这种方法节省了时间和成本。”

Stockmann 说：“即使在实验室规模下，我们的过程每个生产周期也能提供超过 100 克的纯内酰胺单体[内酰胺（Diastereomer）是一种空间异构体，缺乏镜像（Mirror Image）和不可重叠（Non-superimposable）。内酰胺具有多个空间中心或手性中心]。这个数量对于新塑料的初步生产和评估是完全足够的。”另一个优点是，合成内酰胺不需要任何对环境有毒或危险的化学物质。

生物基、透明、高热稳定性

然而，这还不是全部。由于 3-carene 的特殊化学结构，天然化合物的侧链阻止了聚合物的结晶。负责该项目的 BioCat Straubing 单位的 Dr. Harald Strittmatter 说：“因此，我们的生物基聚合物主要是‘无定形的’，因此是透明的，这对于生物基聚酰胺来说是非常不寻常的。”这使得新的聚酰胺可以作为保护屏障，例如在头盔或滑雪镜中使用。此外，它们可以以比石油基透明聚酰胺更少的能量输入来生产。与主要从玉米淀粉、小麦或土豆中生产的其他生物塑料不同，生物基聚酰胺不会与食品生产竞争。相反，它们为迄今为止被焚烧以产生能源的废料流增值。

另一个优点是：新的生物基聚酰胺还具有优异的热性能。Strittmatter 说：“我们的聚酰胺的玻璃转变温度为 110 摄氏度。因此，它们可以在高温下持续使用，例如作为机动车发动机外壳中的部件。”确实，从化石资源中制造的聚酰胺具有类似的温度性能。然而，由于它们在 3-carene 基聚酰胺中不存在的芳香族范围，随着时间的推移，它们会在紫外线照射下变色，从而限制了它们在户外应用中的能力。

Carenelactam 为 PA12 和 PA6 提供新特性

科学家们还将生物基内酰胺聚合成与其他现有商业单体分子，即洛洛内酰胺（单体 PA12）和己内酰胺（单体 PA6）形成共聚物。新共聚物的结晶性和透明度得到了显著改善。原则上，聚酰胺 PA12 和 PA6 的应用特性得到了潜在的扩展。

为了进一步优化单体的合成，Fraunhofer 环境、健康与能源技术研究所的同事们正在将这一过程转移到 20 升的实验规模，并生产更多的内酰胺样品。然后将更详细地研究新聚合物和共聚物的特性，以识别潜在的应用。科学家们还计划研究新聚酰胺的生物降解性。Fraunhofer 的研究人员希望，结果能够使感兴趣的公司将成果转化为工业规模。

在结晶聚合物中，聚合物链以有序的方式排列在一起。入射光在晶体结构上散射，因此塑料看起来是浑浊或不透明的。另一方面，如果聚合物链是不规则的（例如，由于侧链之间的干扰），我们就谈论无定形聚合物。入射光不会散射；聚合物看起来是透明的。

100% 生物基聚酰胺，透明且热稳定

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