Beregningsanalyse afslører den komplekse adfærd af en polymer

En polymer, der kan nedbrydes i dets molekylære byggesten, som derefter kan rekombineres ved enten opvarmning eller afkøling - men ved forskellige mekanismer i hvert tilfælde - er blevet udviklet af RIKEN -kemikere. Dette kan føre til iboende genanvendelig og bæredygtig plast, der depolymeriserer efter behov.

Polymerer er langkædede molekyler dannet ved at forbinde lange strenge af små molekyler kaldet monomerer. I konventionelle polymerer, monomerer forbinder via kovalente bindinger. Fordi disse bindinger er så stærke, det er ekstremt vanskeligt at genvinde monomeren i slutningen af ​​en plasts levetid.

Takuzo Aida ved RIKEN Center for Emergent Matter Science har udviklet supramolekylære polymerer, hvor monomerer forbinder via let reversible ikke -kovalente interaktioner.

"Vi ville oprindeligt bare syntetisere en termisk stabil supramolekylær polymer ved hjælp af en skiveformet monomer med otte hydrogenbindende amidenheder i sine sidekæder, "Siger Aida. Et team, der omfattede hans tidligere kolleger Venkat Rao og Daigo Miyajima, udviklede en porfyrinbaseret monomer, der dannede en stabil polymer i kulbrinteopløsningsmidler, men som let depolymeriserede ved tilsætning af en alkohol, som forstyrrede hydrogenbindinger, der holdt polymeren sammen.

Som forventet, denne depolymeriserede blanding repolymeriseret ved afkøling. "Men til vores store overraskelse den depolymeriserede blanding repolymeriseres også ved opvarmning, "Husker Aida.

For at undersøge dette usædvanlige fænomen, RIKEN -gruppen gik sammen med E. W. "Bert 'Meijers gruppe ved Eindhoven University of Technology, Holland, hvor Mathijs Mabesoone havde udviklet en beregningsmetode til analyse af supramolekylær polymerisation.

Analysen afslørede konkurrerende processer i spil. Ved afkøling, de otte alkoholmolekyler, der komplekserer til hver monomer, faldt på én gang for at muliggøre repolymerisation. Hvis den depolymeriserede blanding blev opvarmet, imidlertid, alkoholmolekylerne faldt af en efter en.

"Inden beregningsanalysen ingen af ​​os havde forudsagt, at en så interessant decomplexation -mekanisme fungerede, "Meijer siger." Sådanne komplekse og konkurrencedygtige molekylære processer er et centralt element i biologien, men er først for nylig blevet anerkendt inden for supramolekylær kemi. Vores polymer er således et skridt mod at lukke kløften mellem syntetiske og naturlige systemer. "

Opdagelsen kan føre til udvikling af supramolekylære polymerer, der er meget stabile i brug, men meget dynamisk, når materialet skal genbruges.

Det kan også gøre industriel skala løsning af polymerer mindre energisulten. Polymeropløsninger er meget viskøse og svære at behandle, men den supramolekylære polymer depolymeriseres ved stuetemperatur, og bør derfor have en lav viskositet.

"Dette kan forårsage et paradigmeskift i polymerindustrien, "Aida siger." Det næste trin er at justere polymerstrukturen for at kontrollere det ikke-polymeriserbare temperaturområde og at designe meget billige monomerer. "