رزين‌ها، كامپوزيت‌ها و كوپليمرهاي برپايه هيومين؛ تبديل محصولات جانبي كم‌ارزش فرايند زيست‌پالايش به مواد باارزش افزوده زياد

Humin-Based Resins, Composites and Copolymers; Conversion of Low-Value By-products of the Biorefining Process into High Value-Added Materials

امروزه به­ دليل اتمام سريع سوخت­ هاي فسيلي، تقاضاي فزاينده­ اي براي توليد مواد مبتني بر منابع تجديدپذير وجود دارد. توليد اجزاي سازنده كربني جديد و متنوع از منابع زيست­ توده­اي، اميدواركننده ­ترين راه حل براي كاهش و در نهايت جايگزيني مواد شيميايي مشتق ­شده از نفت است. وجود گروه­ هاي عاملي متعدد در مواد شيميايي مشتق ­شده از زيست­ توده اغلب به تشكيل محصولات جانبي متنوع منجر مي­شود. كربوهيدرات­ها فراوان­ترين منبع كربن زيست­ پايه بوده و بنابراين گزينه مناسبي براي توسعه مواد اوليه از زيست­ توده هستند. در حين فرايند آب­گيري كاتاليزشده با اسيد كربوهيدرات­ها، تركيبات شيميايي تجديدپذير باارزشي مانند فورفورال، هيدروكسي ­متيل­فورفورال (HMF) و لوولينيك اسيد (LA) تشكيل مي­شوند كه از اين تركيبات به ­عنوان ماده اوليه براي سنتز ساير تركيبات شيميايي مهم استفاده مي­ شود. طي اين فرايند، مقادير زيادي از محصولات جانبي كربني و نامحلول تشكيل مي­ شوند كه معمولا با واكنش­ هاي پليمرشدن عرضي HMF و چند حد واسط ناشي از آب­گيري قندها، تشكيل مي­ شوند. تشكيل اين مواد كه هيومين ناميده مي­ شوند، موجب كاهش بازده زيادي در فرايندهاي زيست­ پالايش مي­ شود. ساختار شيميايي هيومين داراي گروه­هاي عاملي متنوعي است كه مي­تواند براي توسعه گروه جديدي از مواد گرماسخت و كامپوزيت­ ها به­ كار ­رود و فرصت عالي براي افزايش مقدار كربن تجديدپذير محصولات نهايي و بهبود خواص آن­ها ارائه ­دهد. در اين مقاله، كاربردهاي مختلف هيومين براي تهيه رزين­ ها، كامپوزيت­ ها و كوپليمرهاي با مقدار كربن زيست­ پايه زياد ارائه شده است.

T oday, due to the rapid exhaustion of fossil fuels, there is a growing demand for the production of materials based on renewable sources. The production of new and diverse carbon components from biomass sources is the most promising solution to the reduction and eventual replacement of petroleum-derived chemicals. The presence of many functional groups in biomass-derived chemicals often leads to the formation of a various by-products. Carbohydrates are the most abundant source of bio-based carbon and are therefore a viable option for the development of raw materials from biomass. During the acid-catalyzed dehydration of carbohydrates, valuable renewable chemical compounds such as furfural, hydroxymethyl furfural (HMF) and levolinic acid (LA) are formed, which are used as raw materials for the synthesis of other important chemical compounds. During this process, large amounts of carbon and insoluble by-products are formed, which are usually formed by cross-polymerization reactions of HMF and several intermediates resulting from the dehydration of sugars. The formation of these substances, called humines, greatly reduces the efficiency of biorefining processes. The chemical structure of humine has a variety of functional groups that can be used to develop a new set of thermosets and composites, providing an excellent opportunity to increase the amount of renewable carbon in the final products and improve their properties. In this paper, various applications of humins for the preparation of resins, composites and copolymers with high level of bio-based carbon are presented.