At gøre polyurethan nedbrydeligt giver dets komponenter et nyt liv

Polyurethanaffald hober sig op på lossepladser, men forskerne har en mulig løsning:De har udviklet en metode til at gøre polyurethan nedbrydeligt. Når det originale produkts levetid er forbi, polymeren kan nemt opløses i ingredienser for at lave nye produkter såsom superlim. Disse polyurethaner kan også bruges i mikroskopiske kapsler, der åbnes for at frigive last såsom biocider.

Forskerne vil præsentere deres resultater i dag på American Chemical Society (ACS) National Meeting &Exposition efterår 2019.

"Millioner af tons polyurethaner produceres hver dag, og de er meget brugt i skum, plastik, sneakers, isolering og andre produkter, " siger Ephraim Morado, en ph.d.-studerende, der præsenterer arbejdet på mødet. "Men når folk er færdige med at bruge dem, disse materialer kasseres normalt." Affaldspolyurethan ender enten på lossepladser, eller det er forbrændt, som kræver meget energi og genererer giftige biprodukter, bemærker han. "Som et alternativ, vi ønsker at udvikle den næste generation af polyurethan, der let kan nedbrydes og oparbejdes til et nyt materiale, der derefter kan kommercialiseres, såsom lim eller maling, " han siger.

Selvfølgelig, Morado er ikke alene om at søge måder at genbruge polymerer på. "Mange mennesker, der er interesserede i genanvendelse, forsøger at lave polymerer, der nedbrydes til deres oprindelige udgangsmaterialer og derefter genskabe den samme polymer, " siger Steven Zimmerman, Ph.D., projektets hovedefterforsker. "Vi tager en meget anderledes, mellemliggende tilgang, hvilken branche kunne være mere interesseret i at forfølge på kort sigt, fordi det ville være nemmere og billigere, " tilføjer Zimmerman, hvis laboratorium er baseret på University of Illinois i Urbana-Champaign. "Vi forsøger at bryde vores polymerer ned i nogle andre udgangsmaterialer, som er velkendte for industrien."

Den vigtigste forskel mellem standard polyurethan og Morados version er inkorporeringen af ​​en hydroxyacetal som en af ​​monomererne, sammen med de traditionelle monomerer. Zimmermans team havde først brugt en speciel jodholdig acetal til at lave nedbrydelige polymerer og polyacrylamidgeler. I det tidligere arbejde, polymeren kunne opløses i let surt vand.

Morado opfandt en ny type acetal til at inkorporere i sin ukonventionelle polyurethan, så han kunne opløse polymeren i fravær af vand. Efter måneders efterforskning, han opdagede, at en opløsning af trichloreddikesyre i dichlormethan, et organisk opløsningsmiddel, kunne opløse polyurethanen ved stuetemperatur på kun tre timer. Det er i modsætning til de hårdere forhold ved den typiske forbrændingsmetode, som kræver mere end 1, 400 F for at undgå dannelse af giftig gas. I modsætning til vand, dichlormethan får materialet til at svulme op. Denne udvidelse gør det muligt for syren at nå rygraden af ​​polyurethans molekylære kæder, som det kan knække på positioner, hvor acetalgrupperne er placeret. Nedbrydning frigiver alkoholmonomerer, som derefter kan bruges til at fremstille nye produkter såsom klæbemidler, hvis ydeevne konkurrerer med superlim.

Morado skabte andre acetalholdige polyurethaner, der kan udløses til at nedbrydes, når de udsættes for lys. Han brugte disse materialer til at lave mikrokapsler, der kunne indeholde herbicider eller endda biocider til at dræbe ildhuder og andre skabninger, der klæber til skibsskrog. Han og Zimmerman udvikler også klæbemidler, der opløses, når de behandles med et par dråber syre i dichlormethanopløsningsmiddel. En potentiel anvendelse er på printkort, hvor en chip, der var blevet forsvarligt limet til brættet, kunne byttes ud til en erstatning, hvis den originale chip var svigtet.

Ud over, holdet arbejder på polyurethaner, der kan nedbrydes under endnu mildere forhold, såsom eksponering for eddike. Det vil især være nyttigt for, sige, nedbrydelige suturer eller husholdningsapplikationer såsom aftagelige billedophæng.