ΤΙΤΛΟΣ: Αξιοποίηση Φαινολικών Και Φουρανικών Κλασμάτων/Ενώσεων Από Βιομάζα Προς Παραγωγή Νέων Πολυμερών Και Σύνθετων Υλικών

ΑΚΡΩΝΥΜΙΟ: BIORESCOM

ΚΩΔΙΚΟΣ: Τ2ΕΔΚ-01243

Το ξύλο, ένα από τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενο φυσικό προϊόν, συναντάται καθημερινά σε εφαρμογές της επιπλοβιομηχανίας, μέσα από τα προϊόντα σύνθετης ξυλείας, όπως τα κοντραπλακέ, οι μοριοσανίδες και οι ινοσανίδες (MDF). Η ανάπτυξη τέτοιων προϊόντων ξεκίνησε με στόχο τη μείωση χρήσης του δαπανηρού και σπάνιου ξύλου, μέσω του συνδυασμού διαφόρων μορφών ξύλου (τεμαχιδίων, φυλλιδίων, κλπ.) από διάφορες δασικές πηγές, με μίγματα πολυμερικών συγκολλητικών ρητινών και την συγκόλλησή τους θερμικά υπό πίεση. Οι ρητίνες φαινόλης-φορμαλδεΰδης (PF resins), λόγω των εξαιρετικών τους ιδιοτήτων, έχουν εδραιωθεί ως οι περισσότερο χρησιμοποιούμενες συγκολλητικές ρητίνες για την παρασκευή προϊόντων σύνθετης ξυλείας. Ωστόσο, όμως οι ρητίνες αυτές παρασκευάζονται από δυο ενώσεις προερχόμενες από το πετρέλαιο, οι οποίες επιπλέον είναι γνωστές ως επιβλαβείς ενώσεις τόσο για τον άνθρωπο όσο και για το περιβάλλον. Μια πολλά υποσχόμενη εναλλακτική πηγή χημικών υψηλής προστιθέμενης αξίας είναι η λιγνοκυτταρινούχα βιομάζα, η οποία βρίσκεται άφθονη και ανεκμετάλλευτη ως υπολείμματα δασικών και αγροτικών δραστηριοτήτων και παραπροϊόντα σχετικών μεταποιητικών βιομηχανιών, όπως για παράδειγμα ροκανίδι, κουκούτσια κ.α. Η λιγνοκυτταρινούχα βιομάζα αποτελείται από τρία βασικά δομικά συστατικά, την κυτταρίνη, την ημικυτταρίνη και τη λιγνίνη. Η λιγνίνη είναι ένα άμορφο φυσικό πολυμερές, αποτελούμενο από φαινολικούς δακτυλίους με διάφορους υποκαταστάτες. Η συνάφεια της δομής της με τη πετρελαϊκή φαινόλη έχει επιτρέψει την αξιοποίηση της ως πρόσθετο στην παραγωγή συγκολλητικών ρητινών τύπου PF μέσω μερικής αντικατάστασης της φαινόλης. Η εταιρία CHIMAR έχει αναπτύξει την συγκεκριμένη τεχνολογία και κατέχει σημαντική θέση στην Ευρωπαϊκή και διεθνή αγορά στον τομέα αυτό. Με βάση την πολυετή της εμπειρία στην χρήση της λιγνίνης, στόχος της CHIMAR μέσω του παρόντος έργου είναι η αξιοποίηση των φαινολικών και φουρανικών μονομερών/ολιγομερών που ανακτώνται από τη λιγνοκυτταρινούχο βιομάζα προς παραγωγή νέων συγκολλητικών βιο-ρητινών τύπου φαινόλης-φορμαλδεΰδης και σχετικών σύνθετων υλικών, όπως προϊόντων σύνθετης ξυλείας (κοντραπλακέ). 

Συγκεκριμένα, στο πρώτο στάδιο θα απομονωθεί το ρεύμα της ημικυτταρίνης και της λιγνίνης με εκλεκτική κλασμάτωση της βιομάζας. Από το πρώτο ρεύμα και μέσα από καταλυτικές διεργασίες υδρόλυσης/αφυδάτωσης θα παραχθούν φουρανικά μονομερή όπως είναι η φουρφουράλη, η υδρολο-μεθυλοφουρφουράλη (HMF), και οργανικά οξέα (οξικό και φορμικό), ενώ από το ρεύμα της λιγνίνης και μέσω της ταχείας καταλυτικής ή μη-καταλυτικής πυρόλυσης θα παραχθούν βιοέλαια της λιγνίνης πλούσια σε αλκυλ- και αλκόξυ- φαινολικά μονομερή, όπως φαινόλη και υποκατεστημένες φαινόλες. Τα φουρανικά και φαινολικά μονομερή που θα προκύψουν, αλλά και πρότυπες εμπορικές ενώσεις, θα μελετηθούν ως προς την ικανότητα αντικατάστασης της φορμαλδεΰδης και της φαινόλης αντίστοιχα, στις ρητίνες φαινόλης-φορμαλδεΰδης, ενώ επίσης θα μελετηθεί η ικανότητα παραγωγής βιο-ρητινών πετυχαίνοντας όσο το δυνατόν μεγαλύτερο ποσοστό αντικατάστασης των πετρελαϊκών ενώσεων μέσω του συνδυασμού των δύο τύπων βιο-μονομερών. Οι βιο-ρητίνες φαινόλης-φορμαλδεΰδης θα χρησιμοποιηθούν ως συγκολλητικές ρητίνες για την κατασκευή προϊόντων σύνθετης ξυλείας και συγκεκριμένα κοντραπλακέ. Για την επίτευξη των στόχων του έργου, η CHIMAR θα αναθέσει συγκεκριμένες εργασίες στον Υπεργολάβο (Τμήμα Χημείας ΑΠΘ), ο οποίος διαθέτει σημαντική εμπειρία στην επεξεργασία και αξιοποίηση υπολειμματικής βιομάζας προς χημικά και προϊόντα υψηλής προστιθέμενης αξίας, καθώς επίσης και παραγωγής και μελέτης πολυμερικών και νανοσύνθετων υλικών.Όσον αφορά στο υγρό ρεύμα της διαλυτοποιημένης ημικυτταρίνης, θα εφαρμοστούν μέθοδοι καταλυτικής ήπιας όξινης υδρόλυσης/αφυδάτωσης με στόχο την παραλαβή υγρού μίγματος εμπλουτισμένου σε φουρφουράλη, καθώς και σε φορμικό και οξικό οξύ προερχόμενα από την αποικοδόμηση της βιομάζας. Το ελαφρώς αυτό όξινο ρεύμα της φουρφουράλης θα μελετηθεί ως αντικαταστάτης της φορμαλδεΰδης στις ρητίνες PF. Απώτερος στόχος είναι η παραγωγή βιο-ρητινών τύπου φαινόλης φορμαλδεΰδης (PF), με όσο το δυνατόν υψηλότερο ποσοστό αντικατάστασης των πετρελαϊκών μονομερών από μονομερή/ολιγομερή προερχόμενα από βιομάζα.