Rendre le nylon 6-6 « plus vert », et sans zinc

Les sièges de jeux extérieurs, les harnais de ski, les renforts de pneus et d’autres produits qui nécessitent résistance, durabilité et résistance aux intempéries sont tous fabriqués à partir d’un type de nylon appelé nylon 6-6. Cependant, la production de ce matériau nécessite un procédé peu respectueux de l’environnement, dont la première étape utilise l’élément en danger zinc comme catalyseur. Maintenant, les chercheurs ont développé des méthodes « plus vertes » pour cette étape qui utilisent des métaux alternatifs. Ils peuvent même être en mesure de substituer les déchets de fer sous forme de rouille ou d’oxyde ferrique à l’élément en danger.

Les chercheurs présenteront leurs résultats aujourd’hui lors de la réunion d’automne de l’American Chemical Society (ACS).

« Selon les estimations de l’ACS Green Chemistry Institute, le zinc n’est qu’à 50 à 100 ans de l’extinction », a déclaré Amina Ali, une étudiante de premier cycle présentant ses travaux lors de la réunion. Actuellement, les fabricants utilisent le zinc comme agent réducteur et catalyseur pour fabriquer du cyclohexane à partir du trans-1,2-dibromocyclohexane, la première étape de la synthèse en cinq étapes. nylon 6-6″.

« Nylon » est un terme général pour une famille de polymères synthétiques, appelés polyamides, qui sont constitués d’unités répétitives. Différents types de nylon, tels que le nylon 6 et le nylon 6-6, utilisent des blocs de construction différents et ont donc des propriétés uniques. Le nylon 6-6 est ainsi nommé car il se compose de deux molécules, chacune contenant six atomes de carbone liés ensemble en tant qu’unité répétitive.

Pour trouver un substitut au zinc, Ali, qui travaille dans le laboratoire de Brian Agee, PhD, à l’Université d’Augusta, a recherché d’autres métaux proches dans le tableau périodique et ayant des propriétés chimiques similaires. D’autres critères étaient que les métaux devaient être plus abondants que le zinc et sûrs à travailler. L’équipe a choisi d’étudier le cobalt, l’aluminium, le fer, le cuivre et le nickel comme catalyseurs potentiels dans la production de cyclohexane. De plus, les chercheurs voulaient identifier des méthodes respectueuses de l’environnement qui permettent d’économiser de l’énergie et de l’eau, tout en utilisant des produits chimiques moins dangereux. Par conséquent, ils ont combiné une antenne parabolique solaire au lieu d’une plaque chauffante électrique et un condensateur économiseur d’eau au lieu d’un condensateur ordinaire. Aussi, l’échange d’équipe propylène glycol Pour l’éthylène glycol plus dangereux en tant qu’agent de transfert de chaleur dans le condenseur à économie d’eau, qui refroidit la réaction sans nécessiter un débit constant d’eau froide comme les condenseurs normaux.

Ali a découvert que le fer était le meilleur catalyseur testé à ce jour, avec des rendements légèrement inférieurs à ceux du zinc. Nous l’avons trouvé aussi Énergie solaire C’est vraiment la voie à suivre quand il s’agit de cette synthèse car le soleil est beaucoup plus fort que n’importe quelle plaque chauffante que vous trouverez, et beaucoup plus rapide. les chercheurs ont également découvert que l’augmentation du temps de rebond – en chauffant la réaction pendant un temps spécifique et en utilisant le condenseur pour refroidir les vapeurs produites en continu afin de les reconvertir sous forme liquide – le rendement de 15 à 30 minutes augmentait considérablement. « Parce que nous utilisons l’énergie rayonnante du soleil, nous ne gaspillons pas d’électricité par chauffage supplémentaire », note Agee. Les chercheurs affirment que leurs méthodes peuvent être facilement étendues pour fabriquer du nylon synthétique 6-6.

Bien que le fer soit un métal abondant, Ali et Agee veulent essayer de catalyser la réaction avec un déchet de fer respectueux de l’environnement qui peut être trouvé partout où le métal est laissé à l’extérieur pour se mouiller : oxyde ferrique ou rouille. « Si l’oxyde ferrique acheté auprès d’une entreprise chimique fonctionne pour une réaction, j’envisage sérieusement d’aller chez mes parents et de gratter un peu de rouille de leur grange pour essayer », dit Agee. « Parce qu’en tant que chimiste respectueux de l’environnement, quelle meilleure source de catalyseur que tout ce que vous pouvez obtenir n’importe où ? »

Plus d’information:
Recherche sur les métaux alternatifs au zinc pour la première étape de la fabrication du nylon 6-6 à l’aide de technologies vertes et conventionnelles, ACS Automne 2021.