Ny metode til at løse plastiks bæredygtighedsproblem

Bæredygtighed i plast er kommet langt i de seneste år, i høj grad takket være videnskabelige fremskridt. Men selvom plast bliver mere og mere miljøvenligt, verden fortsætter med at være forurenet, da mange industrier er afhængige af dem for deres udbredte produkter.

Den seneste forskning fra Dr. Junpeng Wang, assisterende professor ved UA's School of Polymer Science and Polymer Engineering har en løsning til at reducere sådant spild og rydde en videnskabelig vej for en mere bæredygtig fremtid, der kan appellere til gummiet, dæk, bil- og elektronikindustrien. Selvom dette arbejde er støttet af UA, Wang modtog for nylig en prestigefyldt National Science Foundation CAREER Award, der vil støtte fremtidige udviklinger fra denne forskning.

Problemet ved hånden:Syntetiske polymerer, inklusive gummi og plast, bruges i næsten alle aspekter af dagligdagen. Syntetiske polymerers dominans er i høj grad drevet af deres fremragende stabilitet og alsidige mekaniske egenskaber. Imidlertid, på grund af deres høje holdbarhed, affaldsmaterialer sammensat af disse polymerer har ophobet sig i jorden og oceanerne, forårsager alvorlige bekymringer for økosystemet.

Ud over, da over 90% af disse polymerer stammer fra begrænsede naturressourcer, såsom olie og kul, produktionen af ​​disse materialer er uholdbar, hvis de ikke kan genbruges og genbruges.

En lovende løsning til at løse udfordringerne inden for plastbæredygtighed er at erstatte nuværende polymerer med genanvendelige for at opnå en cirkulær brug af materialer. På trods af de hidtidige fremskridt, få genanvendelige polymerer udviser traditionelle polymerers fremragende termiske stabilitet og højtydende mekaniske egenskaber. De genanvendelige materialer, Wang og hans team har udviklet, er unikke i den overlegne termiske stabilitet og alsidige mekaniske egenskaber. Deres artikel, der forklarer forskningen, "Olefinmetatese-baserede kemisk genanvendelige polymerer aktiveret af fusionerede ringmonomerer, " blev offentliggjort i sidste uge af Naturkemi .

"Vi er særligt interesserede i kemisk genanvendelige polymerer, der kan nedbrydes til de bestanddele (monomerer), som de er lavet af, " siger Wang. "De genbrugte monomerer kan genbruges til at producere polymererne, giver mulighed for cirkulær brug af materialer, som ikke kun hjælper med at bevare de begrænsede naturressourcer, der bruges i plastproduktion, men behandler også spørgsmålet om uønsket ophobning af plastikgenstande ved udtjent levetid."

Nøglen i designet af kemisk genanvendelige polymerer er at identificere den rigtige monomer. Gennem omhyggelig beregning, forskerne identificerede en målrettet monomer. De fremstillede derefter monomeren og polymererne gennem kemisk syntese, ved hjælp af rigeligt tilgængelige udgangsmaterialer.

Wangs forskningsgruppe, herunder polymervidenskab kandidatstuderende og en postdoktoral videnskabsmand, har til formål at løse disse udfordringer ved at udvikle polymerer, der kan nedbrydes i deres bestanddele. Når katalysatoren til depolymerisation er fraværende eller fjernet, polymererne vil være meget stabile, og deres termiske og mekaniske egenskaber kan indstilles til at imødekomme behovene ved forskellige applikationer.

"De kemisk genanvendelige polymerer, vi udviklede, viser fremragende termisk stabilitet og robuste mekaniske egenskaber og kan bruges til at fremstille både gummi og plastik, " siger Wang. "Vi forventer, at dette materiale vil være en attraktiv kandidat til at erstatte nuværende polymerer. Vores molekylære design er styret af beregninger, fremhæver transformationskraften ved at integrere beregninger og eksperimentelt arbejde. Sammenlignet med andre genanvendelige polymerer, der er blevet påvist, de nye polymerer, vi demonstrerer, viser meget bedre stabilitet og mere alsidige mekaniske egenskaber. Når en katalysator tilsættes, polymeren kan nedbrydes til monomeren til genbrug."

Det næste for Wangs forskningsgruppe er at udvide omfanget af de kemisk genanvendelige polymerer og at udvikle kulfiberforstærkede polymerkompositter. Holdet vil også analysere den økonomiske ydeevne af denne industrielle proces og livscyklusanalyse til kommercialisering af polymererne.