1,3-Propandiol (PDO):

Chemische Formel: C3H8O2

IUPAC-Bezeichnung: Propan-1,3-diol

CAS-Registernummer: 504-63-2

Molekulargewicht: 76,09 g/mol

1. Physikalische Eigenschaften

Äußeres Erscheinungsbild: Farblose, viskose Flüssigkeit

Schmelzpunkt: -32°C (-25.6°F)

Siedepunkt: 214°C (417.2°F)

Dichte: 1,0597 g/cm³ bei 20°C

Löslichkeit: Mischbar mit Wasser und vielen organischen Lösungsmitteln

2. Chemische Eigenschaften

PDO ist ein Diol, das zwei Hydroxylgruppen enthält

Es kann typische Alkoholreaktionen wie Veresterung und Veretherung eingehen

PDO kann als Monomer in Polymerisationsreaktionen verwendet werden

3. Anwendungen

1) Polymer-Produktion

Polytrimethylenterephthalat (PTT): 1,3-Propandiol ist ein Schlüsselmonomer bei der Herstellung von PTT, einem Polyester mit Anwendungen in Textilien, Teppichen und Verpackungen. PTT-Fasern weisen eine ausgezeichnete Haltbarkeit, Elastizität und Fleckenbeständigkeit auf.

Polyurethane: Es wird auch bei der Herstellung von Polyurethanen verwendet und verleiht Schaumstoffen, Klebstoffen und Beschichtungen Flexibilität und Festigkeit.

2) Kosmetika und Körperpflegemittel

1,3-Propandiol dient als Feuchthaltemittel, Emolliens und Lösungsmittel in verschiedenen kosmetischen Formulierungen. Es trägt dazu bei, die Feuchtigkeit in Hautpflegeprodukten zu erhalten und verbessert die Aufnahme anderer Inhaltsstoffe.

Lebensmittel- und Getränkeindustrie:

Es wird als Lebensmittelzusatzstoff und Aromastoff verwendet. Die Verbindung ist von der FDA als sicher anerkannt (GRAS) und wird zur Verbesserung der Textur und Stabilität von Lebensmitteln verwendet.

3) Pharmazeutika

In der Pharmazie wird 1,3-Propandiol als Lösungsmittel und Hilfsstoff bei der Formulierung von Arzneimitteln verwendet, um die Abgabe und Wirksamkeit der pharmazeutischen Wirkstoffe zu verbessern.

4) Industrielle Anwendungen

1,3-Propandiol wird aufgrund seiner geringen Toxizität und seiner Wirksamkeit bei niedrigen Temperaturen als Frostschutzmittel und Enteisungsmittel eingesetzt. Es wird auch für die Formulierung von Reinigungsmitteln, Farben und Beschichtungen verwendet.

4. Synthese und Produktion

1,3-Propandiol (PDO) kann durch verschiedene Methoden synthetisiert werden, darunter traditionelle chemische Verfahren und biotechnologische Ansätze. Jede Methode hat ihre eigenen Vor- und Nachteile in Bezug auf Effizienz, Kosten und Umweltauswirkungen.

Hydratisierung von Acrolein

Die Hydratisierung von Acrolein ist eine der gängigsten chemischen Methoden zur Herstellung von 1,3-Propandiol.

Schritt 1: Acrolein-Produktion

Acrolein wird durch die Oxidation von Propylen hergestellt. Propylen, ein bei der Erdölraffination gewonnener Kohlenwasserstoff, wird mit Sauerstoff in Gegenwart eines Katalysators zu Acrolein umgesetzt.

CH2=CH-CH3+O2→CH2=CH-CHO+H2OCH2=CH-CH3+O2→CH 2=CH-CHO+H2O

Schritt 2: Hydrierung

Anschließend wird Acrolein hydriert, um 3-Hydroxypropionaldehyd (3-HPA) zu bilden. Bei diesem Schritt wird Wasserstoffgas (H₂) in Gegenwart eines Metallkatalysators, z. B. Palladium oder Nickel, zugegeben.

CH2=CH-CHO+H2→CH2OH-CH2CHOCH2=CH-CHO+H2→CH2OH-CH 2CHO

Schritt 3: Hydratation

Schließlich wird 3-HPA hydratisiert, um 1,3-Propandiol herzustellen. Dieser Schritt erfordert in der Regel saure oder basische Bedingungen, um die Zugabe von Wasser (H₂O) zu erleichtern.

CH2OH-CH2CHO+H2O→CH2OH-CH2OH+H2OCH2OH-CH2CHO+H2O→CH2OH-CH2OH+H2O

5. Der Grund, warum die Textilindustrie so vielversprechend ist

1. Schlüsselrolle bei der Herstellung von Polytrimethylenterephthalat (PTT)

Eine der wichtigsten Verwendungen von 1,3-Propandiol in der Textilindustrie ist die Verwendung als Monomer für die Herstellung von Polytrimethylenterephthalat (PTT). PTT ist eine Art von Polyester, der eine Reihe wünschenswerter Eigenschaften für Textilanwendungen aufweist:

Weichheit und Komfort: PTT-Fasern sind im Vergleich zu anderen Polyesterfasern weicher und bequemer. Das macht sie ideal für Kleidung, einschließlich Aktivitätskleidung und Freizeitkleidung.

Elastizität und Dehnung: PTT hat eine ausgezeichnete Elastizität, die für eine gute Dehnbarkeit und Rückstellfähigkeit sorgt. Dies ist besonders vorteilhaft für Anwendungen wie Sportbekleidung, Strumpfwaren und andere Kleidungsstücke, bei denen Flexibilität entscheidend ist.

Langlebigkeit: PTT-Fasern sind äußerst strapazierfähig und widerstandsfähig gegen Abrieb und Verschleiß. Dies gewährleistet die Langlebigkeit von Textilien aus PTT, auch bei häufigem Gebrauch und Waschen.

Fleckenbeständigkeit: PTT weist im Vergleich zu herkömmlichen Polyesterfasern eine bessere Fleckenbeständigkeit auf und lässt sich daher leichter reinigen und pflegen.

Ästhetik: PTT lässt sich leicht einfärben, was zu leuchtenden Farben und hoher Farbechtheit führt. Dadurch wird die Ästhetik von Textilien verbessert.

2. Nachhaltigkeit und Umweltvorteile

Die Herstellung von 1,3-Propandiol durch biotechnologische Verfahren wie die mikrobielle Fermentation von erneuerbaren Rohstoffen (z. B. Glycerin) bietet erhebliche Umweltvorteile:

Erneuerbare Rohstoffe: Die Verwendung erneuerbarer Rohstoffe verringert die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und reduziert den mit der Herstellung von g.U. verbundenen CO2-Fußabdruck.

Geringere Treibhausgasemissionen: Biotechnologische Produktionsverfahren führen in der Regel zu geringeren Treibhausgasemissionen als herkömmliche petrochemische Verfahren.

Biologische Abbaubarkeit: Textilien aus biobasiertem PTT haben das Potenzial, biologisch besser abbaubar zu sein als herkömmliches Polyester, was zu einer geringeren Umweltbelastung am Ende des Produktlebenszyklus beiträgt.

3. Verbesserte Leistungsmerkmale

Aus PDO hergestellte PTT-Fasern bieten verbesserte Leistungsmerkmale, die in der Textilindustrie sehr geschätzt werden:

Feuchtigkeitsmanagement: PTT-Fasern können Feuchtigkeit von der Haut ableiten und so den Komfort und die Leistung von Aktiv- und Sportbekleidung verbessern.

Thermische Isolierung: PTT-Fasern bieten eine gute Wärmeisolierung und eignen sich daher sowohl für warme als auch für kalte Wetterkleidung.

Knitterfreiheit: PTT-Textilien weisen eine inhärente Knitterfestigkeit auf, so dass weniger gebügelt werden muss und die Pflege der Kleidungsstücke erleichtert wird.

4. Vielseitigkeit der Anwendungen

Die Vielseitigkeit von PDO- und PTT-Fasern erstreckt sich nicht nur auf Bekleidung, sondern auch auf verschiedene andere textile Anwendungen:

Heimtextilien: PTT-Fasern werden aufgrund ihrer Langlebigkeit, Fleckenbeständigkeit und Ästhetik in Teppichen, Polstermöbeln und Vorhängen verwendet.

Industrielle Textilien: PTT wird in industriellen Anwendungen wie Automobiltextilien, Geotextilien und Filtermaterialien eingesetzt und profitiert von seiner Festigkeit und Verschleißfestigkeit.