Molekyle fra naturen giver fuldt genanvendelige polymerer

Plast er blandt de mest succesrige materialer i moderne tid. Imidlertid, de skaber også et kæmpe affaldsproblem. Forskere fra University of Groningen (Holland) og East China University of Science and Technology (ECUST) i Shanghai producerede forskellige polymerer ud fra liponsyre, et naturligt molekyle. Disse polymerer depolymeriseres let under milde forhold. Omkring 87 procent af monomererne kan genvindes i deres rene form og genbruges til at fremstille nye polymerer af ny kvalitet. Processen er beskrevet i en artikel, der er publiceret i tidsskriftet Stof den 4. februar.

Et problem med genbrug af plast er, at det normalt resulterer i et produkt af lavere kvalitet. De bedste resultater opnås ved kemisk genbrug, hvor polymererne nedbrydes til monomerer. Imidlertid, denne depolymerisation er ofte meget vanskelig at opnå. På Feringa Nobel Prize Scientist Joint Research Center, et samarbejde mellem University of Groningen og ECUST, forskere udviklede en polymer, der kan skabes og fuldstændig depolymeriseres under milde forhold.

Perfekt byggesten

"Vi fandt en måde at producere polymerer ud fra det naturlige molekyle liponsyre på en meget kontrolleret måde, " forklarer Ben Feringa, Professor i organisk kemi ved universitetet i Groningen. "Det er et smukt molekyle og en perfekt byggesten, der er skabt af naturen." Molekylet har en ringstruktur, der inkluderer en svovl-svovlbinding. Når dette bånd brydes, svovlatomerne kan reagere med en anden monomers. "Denne proces var kendt før, men vi formåede at finde en måde at kontrollere det på og skabe lange polymerer."

Elastisk materiale

Molekylet har også en carboxylgruppe, som let reagerer med metalioner. Disse kan tværbinde polymererne, hvilket resulterer i et elastisk materiale. Ved at opløse molekylet i vand med natriumhydroxid og derefter fordampe vandet, en fastere polymerfilm produceres gennem ionbindinger. Da polymerisationen opnås gennem reversible bindinger, materialet er også selvhelbredende, forklarer Feringa:"Når det skæres, du kan blot trykke enderne sammen, og de vil forbinde igen om et par minutter."

Reversibel polymerisation

Det meste af arbejdet i materialepapiret blev udført af Qi Zhang, først som ph.d. studerende ved ECUST i Shanghai og senere som postdoc-forsker ved University of Groningen. "Liponsyre er et naturligt lille molekyle med en elegant struktur, ' han siger. "Vi behøvede ikke lave nogen kedelige re-design af monomeren for at opnå en fuldt reversibel polymerisation." Blot at udsætte polymererne for natriumhydroxid opløser polymererne til monomerer. "Ved at tilsætte lidt syre, monomererne udfældes og kan udvindes. Kvaliteten af ​​disse genbrugte monomerer er identisk med kvaliteten af ​​det originale materiale."

Genbrug uden kvalitetstab

"Vores eksperimenter viser, hvad der er muligt med disse monomerer, " tilføjer Feringa. "Vi kan endda genbruge materialet til monomerer flere gange, uden tab af kvalitet." industrielle anvendelser af denne nye polymer er langt væk. Feringa siger, "Dette er et bevis på princippet. Vi udfører eksperimenter nu for at skabe polymerer med nye funktionaliteter og for bedre at forstå polymeriserings- og depolymeriseringsprocesserne." Desuden, selvom 87 procent af monomererne allerede kan genvindes, forskerne ønsker at komme så tæt på hundrede procent som muligt. "Vores eksperimenter viser, at vi kan producere, på en kontrolleret måde, hård og blød, elastiske polymerer, der kan depolymeriseres fuldt ud, " Feringa opsummerer. "Dette molekyle er virkelig meget lovende."