Ny supramolekylær plast, der er nedbrydelig og yderst genanvendelig

En forskergruppe ledet af seniorforsker Jianwei Li ved MediCity Research Laboratory har udforsket en ny type materialer kaldet supramolekylær plast, der ville erstatte den konventionelle polymere plast med et miljøvenligere materiale, der fremmer bæredygtig udvikling. De mekaniske egenskaber af den supramolekylære plast skabt af forskerne ved hjælp af væske-væske faseadskillelse var sammenlignelige med konventionelle polymerer, men den nye plast nedbrydes meget lettere og ville være lettere at genbruge.

Plast er et af de vigtigste moderne materialer og er blevet integreret i alle aspekter af menneskelivet efter et århundredes udvikling. Men traditionel polymerplast nedbrydes og regenereres dårligt i naturen og er blevet en af ​​de største trusler mod menneskets overlevelse. Denne situation er et resultat af den iboende stærke kraft af kovalente bindinger, der forbinder monomerer til dannelse af polymerer.

For at løse udfordringen har forskere foreslået at fremstille polymerer forbundet med ikke-kovalente bindinger, der ikke er så kraftige som kovalente bindinger. Desværre er den svagere interaktion normalt ikke stærk nok til at holde molekyler sammen i materialer med makroskopiske størrelser, hvilket forhindrer den praktiske anvendelse af ikke-kovalente materialer.

Jianwei Li-forskningsgruppen ved University of Turku, Finland, har opdaget, at et fysisk koncept kaldet væske-væskefaseseparation (LLPS) kunne sekvestrere og koncentrere opløste stoffer, styrke bindingskraften mellem molekyler og drive dannelsen af ​​makroskopiske materialer. Den mekaniske egenskab af det resulterende materiale var sammenlignelig med konventionelle polymerer. Desuden, når materialet var brudt i stykker, kunne fragmenterne genforenes og selvhelbredes øjeblikkeligt. Derudover var materialet et klæbemiddel, når mættede mængder vand blev indkapslet. For eksempel kunne fugeprøverne lavet af stål holde en vægt på 16 kg i over en måned.

Endelig, takket være den dynamiske og reversible karakter af de ikke-kovalente interaktioner, var materialet nedbrydeligt og yderst genanvendeligt.

"Sammenlignelig med konventionel plast er vores nye supramolekylære plastik smartere, da de ikke kun bevarer den stærke mekaniske egenskab, men også forbeholder sig dynamiske og reversible egenskaber, der gjorde materialet selvhelbredende og genanvendeligt," forklarer postdoktor Dr. Jingjing Yu.

"Et af de små molekyler, der producerede det supramolekylære plastik, blev tidligere screenet ud fra et komplekst kemisk system. Det dannede smarte hydrogelmaterialer med magnesiummetalkationer. Denne gang er vi meget begejstrede for at lære dette gamle molekyle nye tricks med LLPS," siger laboratoriets hovedefterforsker, Dr. Jianwei Li.

"Nye beviser har vist, at LLPS kan være en væsentlig proces under dannelsen af ​​celle-rum. Nu har vi avanceret dette bio- og fysisk inspirerede fænomen for at tackle den store udfordring for vores miljø. Jeg tror på, at mere interessante materialer vil blive udforsket med LLPS-processen i den nærmeste fremtid," siger Li.

Undersøgelsen blev offentliggjort i Angewandte Chemie . + Udforsk yderligere

Selvskabelon, opløsningsmiddelfri supramolekylær polymersyntese