Producción de prepolímeros epoxidados de alto valor agregado para la industria de adhesivos obtenidos desde fracciones funcionalizadas de lignina a través del sistema catalítico quimio-enzimático con lipasa B Production of added-value epoxidized pre-polymers for the adhesive industry obtained from functionalized fractions of lignin using a chemo-enzymatic catalytic system with lipase B

Abstract

La lignina es uno de los componentes de la madera que está disponible en grandes cantidades en la naturaleza. Su estructura química polifenólica ha sido de interés para su estudio, para su valorización y aplicación industrial. Debido a la versatilidad y diversidad química de la lignina, la industria de los biomateriales se ha centrado en su uso como fuente viable de materia prima renovable para la síntesis de nuevos biomateriales. La funcionalización de la lignina es un enfoque prometedor, ya que tiene el potencial de producir productos de alto rendimiento. Las resinas epóxicas son una de las clases más importantes de resinas termoendurecibles, y son ampliamente usadas comercialmente en materiales reforzados, adhesivos, plásticos y otras aplicaciones. Las resinas epóxicas comerciales se sintetizan a partir del bisfenol A (BPA), un compuesto que podría causar serios problemas para la salud humana y que se obtiene de la industria petroquímica. El objetivo general de este trabajo fue desarrollar y optimizar un novedoso sistema catalítico quimio-enzimático para la conversión de lignina organosolv y kraft en productos epoxidados de lignina funcionalizada de alto valor agregado para la industria de resinas adhesivas epóxicas utilizando la enzima lipasa B de Candida antarctica, peróxido de hidrógeno y ácido caprílico. En este trabajo, se demostró que la conversión de grupos hidroxilo a anillos oxiranos (grupos epóxidos) alcanzó 90% y 55% después de 12 horas de epoxidación para lignina organosolv y lignina kraft, respectivamente. Se demostró que la lignina organosolv es una materia prima más homogénea a través de un Mw más bajo y que es más reactiva que la lignina kraft, como fue determinado mediante el porcentaje de conversión hacia anillos oxiranos. La actividad residual de la enzima lipasa B inmovilizada en el curso de la reacción exhibió desnaturalización transitoria debido a la asociación con el sustrato de lignina así como una desnaturalización irreversible debido a la exposición a peróxido de hidrógeno. La lignina kraft, debido a la mayor recuperación de la actividad enzimática residual, parece ser más adecuada como sustrato para la epoxidación quimio-enzimática. Las resinas epóxicas de lignina funcionalizadas quimio-enzimáticamente y curadas con DDM exhibieron comportamientos comparables a una resina epóxica comercial basada en BPA. Las resinas derivadas de lignina organosolv y kraft exhibieron un peak de degradación térmica entre 350-400 °C, comparable a los 450 °C que se informó para la resina epóxica comercial con BPA. La temperatura de transición vítrea fue inferior (entre 60-70 °C) a la reportada para una resina epóxica comercial (105 ° C). El sistema catalítico quimio-enzimático se optimizó para las ligninas organosolv y kraft como sustratos, en relación a la temperatura de reacción y la concentración de peróxido de hidrógeno para maximizar la generación de anillos oxiranos. Las condiciones óptimas para ambas reacciones que involucraban cualquiera de los sustratos fueron aproximadamente 45 °C y 11.9 M de peróxido de hidrógeno. Estas condiciones dieron como resultado una conversión del 100% para la lignina organosolv; y 74% de conversión para lignina kraft. La lignina funcionalizada tiene aplicaciones potenciales en la producción de resinas adhesivas epóxicas, y el novedoso mecanismo quimio-enzimático desarrollado durante este proyecto representa una ruta verde alternativa para la síntesis de resinas epóxicas desde lignina.