„Polyhydroxyvaleriansäure“ – Versionsunterschied
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Version vom 30. März 2017, 08:25 Uhr
| Strukturformel | |||
|---|---|---|---|
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| Allgemeines | |||
| Name | Polyhydroxyvaleriansäure | ||
| Andere Namen |
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| CAS-Nummer | 83120-66-5 | ||
| Monomer | (R)-3-Hydroxyvaleriansäure | ||
| Summenformel der Wiederholeinheit | C5H8O2 | ||
| Molare Masse der Wiederholeinheit | 100,116 g·mol−1 | ||
| PubChem | 107802 | ||
| Art des Polymers | |||
| Kurzbeschreibung |
Ein Polymer bestehend aus wiederholenden 3-Hydroxypentanoyl (3-Hydroxyvaleriansäure) Einheiten (CAS 13532-37-1) | ||
| Eigenschaften | |||
| Aggregatzustand |
fest | ||
| Dichte |
1,2–1,25 g/cm³ ähnlich zu PHB | ||
| Schmelzpunkt | |||
| Glastemperatur |
-10 bis -12 °C[3] | ||
| Sicherheitshinweise | |||
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| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. | |||
Das Biopolymer Polyhydroxyvalerinsäure (andere Bezeichnungen: Polyhydroxyvalerat, PHV, Poly-(R)-3-hydroxyvalerat, P(3HV)), Polyhydroxypentanoate ist ein Polyhydroxyalkanoat (PHA). Die bekanntesten Vertreter der Polyhydroxyalkonate sind Polyhydroxybutyrat (PHB) und Polyhydroxyvalerat (PHV).
3-Hydroxyvaleriansäure (CAS=13532-37-1) ist das Monomer von Polyhydroxyvalerat. Es enthält an einem Ende eine Hydroxygruppe und am anderen Ende des Alkyls eine radikale Ethylgruppe. Das β-Kohlenstoffatom des Monomers 3-Hydroxyvalerat ist optisch aktiv (R-Konfiguration).
PHV ist ein aus erneuerbaren Rohstoffen fermentativ herstellbarer Polyester. Der Polyolester wird häufig als Copolymer (Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate), (P3HB-3HV), (PHBV) (CAS 80181-31-3) angewendet. Das Copolymer gehört zur Stoffgruppe der thermoplastischen Polyester und ist thermoplastisch verarbeitbar.
Biogene Produktion
Bei der fermentativen Herstellung werden die Polyhydroxyalkonate von Bakterien als intercellulare Energie- und Kohlenstoffspeicher im Zellinneren angelegt, wenn eine Nährstoff-Mangelsituation vorliegt (typischerweise limitierte Mengen von N, P, S, O oder Mg), aber Kohlenstoff im Überschuss vorhanden ist.Sie können von den Bakterien als Reserve mobilisiert werden, wenn später eine Kohlenstoff-Mangelsituation entstehen sollte.[5] Das Bakterium Chromobacterium violaceum DSM 30191 akkumuliert in der Zufuhr-Batch-Kultur den Homopolyester der 3-Hydroxyvaleriansäure (3 HV) bis zu 100 mol % PHV mit 65 % der zellularen Trockenmasse, wenn Valeriansäure als alleinige Kohlenstoffquelle unter Stickstoff Begrenzung zugeführt wird. Liegen jedoch als Kohlenstoffquellen Fruktose, Glucanate, Propionate, oder Hexanonate vor, akkumuliert das Bakterium den Homopolyester der 3-Hydroxybutansäure die Polyhydroxybuttersäure (PHB). Poly(3HV) homopolyster wurde auch durch zwei weitere verschiedene Stämme des Chromobacterium violaceum akkumuliert. Während aus Valeriansäure ein weiterer Stamm des Chromobacterium violaceum zusammen mit drei Stämmen des Janthinobacterium lividum das Copolymer poly(3HB-co-3HV) akkumulierte.
Die Dynamische Differenzkalorimetrie ergab für die reinen PHV eine Glasübergangstemperatur zwischen –10 und –12 °C und einen Schmelzpunkt zwischen 107 und 112 °C , mit einer Schmelzwärme =19 kcal/kg Für die biosynthetische Poly(3HV) ergibt sich eine ungefähre Molare Masse zwischen 60 000 und 145 000 g/mol.[1][3]
Ein Copolymer Poly(3HB-co-3HV) das 95 mol % P3HV enthält, wurde durch das Bakterium Pseudomonas sp. HJ-2 unter limitierenden Bedingungen synthetisiert, wenn nur Valeriansäure als Kohlenstoffquelle zugeführt wird. Das Bakterium Ralstonia eutropha akkumuliert ein Copolymer mit bis zu 90 mol % P3HV Einheiten, wenn reine Valeriansäure eingesetzt wird.[6]
PHB-co-PHV-Copolymere
Reines Polyhydroxybutyrat (PHB) lässt sich nur eingeschränkt anwenden, da es spröde ist. Durch die Einführung von Polyhydroxybutyrat/Polyhydroxyvalerat-Copolymeren (PHBV-Copolymeren) (CAS 80181-31-3) lassen sich die Anwendungseigenschaften deutlich verbessern, weil die Kristallinität durch die längeren Seitenketten sinkt. Eine Parallelanordnung der Polymerhauptketten wird erschwert. Bei PHBV-Copolymeren mit bis zu 25 % Hydroxyvalerat-Anteilen sinkt der Schmelzpunkt mit zunehmendem 3HV-Anteil von 176 °C auf 127 ° ab, so dass die Gefahr der Degradation bei der Verarbeitung abnimmt und das Verarbeitungsfenster vergrößert wird. Bei höherem 3HV-Anteil steigt er wieder linear bis 119 °C an.
Die Glasübergangstemperatur Tg sinkt mit zunehmenden 3HV-Anteil bis zu 25 % auf minus 6°C ab, so dass das Material auch bei niedrigeren Temperaturen noch nicht spröde wird. Die Steifigkeit wird geringer, Flexibilität und Zähigkeit nehmen zu. Insgesamt werden die Eigenschaften damit dem Polyolefin Polypropylen ähnlicher.[1],[2],[5],[3]
Eigenschaften von PHB/PHV Copolymeren
Zu Eigenschaften und Anwendungen von PHB/PHV Copolymeren mit unterschiedlichem Anteil an PHV siehe den Hauptartikel Polyhydroxybuttersäure.
Einzelnachweise
- ↑ a b c Gennady Efremovich Zaikov ; Cornelia Vasile: Environmentally Degradable Materials Based on Multicomponent Polymeric Systems. Verlag Brill Leiden Bosten, 2009, ISBN 978-90-04-16410-9, Kapitel 6.5.2 Degradable Copolymers PHA Bild 6.2 (google.de).
- ↑ a b Robert H. Marchessault1, Ga-er Yu2 Crystallization and Material Properties of Polyhydroxyalkanoates
- ↑ a b c Alexander Steinbüchel; El Mehdi Debzi; Robert H Marchessault; Arnulf Timm: Synthesis and production of poly(3-hydroxyvaleric acid) homopolyester by Chromobacterium violaceum. Hrsg.: Applied Microbiology and Biotechnology. Band 39, Nr. 4, 1993, S. 443–449, doi:10.1007/BF00205030.
- ↑ Dieser Stoff wurde in Bezug auf seine Gefährlichkeit entweder noch nicht eingestuft oder eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
- ↑ a b Oliver Türk: Stoffliche Nutzung nachwachsender Rohstoffe, Grundlagen – Werkstoffe – Anwendungen. Springer, 2014, ISBN 978-3-8348-1763-1, Kapitel 5.1 Polyhydroxyalkonate, doi:10.1007/978-3-8348-2199-7.
- ↑ Wolfgang Babel; Alexander Steinbüchel: Advances in Biochemical Engineering/ Biotechnology. Springer Berlin Heidelberg New York, 2001, ISBN 3-540-41141-0, Polyesters from Microorganisms Seite 57 (google.de).
Weblinks
- Ralf Wilhelm Oberhoff: Modifizierung und Verarbeitung von Poly(3-hydroxybuttersäure-co-3-hydroxyvaleriansäure) (PHBV) mit kugelförmigen Mikropartikeln Technische Universität Dresden 2005.
- Srikanth Pilla: Handbook of Bioplastics and Biocomposites Engineering Applications. Wiley, 2011, ISBN 978-0-470-62607-8, 14 Biobased and Biodegradable PHBV-Based Polymer Blends and Biocomposites: Properties and Applications, doi:10.1002/9781118203699.ch14 (google.de).
- Ray Smith: Biodegradable polymers for industrial applications. Woodhead Publishing Limited, 2005, ISBN 0-8493-3466-7, Kapitel 2 Polyhydroxyalkanoates ab Seite 32 (google.de).
- Kumar Sudesh: Polyhydroxyalkanoates from Palm Oil: Biodegradable Plastics. Springer Heidelberg New York Dordrecht London, 2013, ISBN 978-3-642-33538-9, doi:10.1007/978-3-642-33539-6 (google.de).
- Volova Tatiana Grigor’evna: Polyhydroxyalkonates, Plastic Material of the 21st Century: production, properties, application. Nova Science New York, 2004, ISBN 1-59033-992-4 (google.de).