Världen blev kär i plast för att de är billiga, bekväm, lätt och långvarig. Av samma skäl, Plast förstör nu jorden.

Colorado State University kemister har meddelat i tidskriften Vetenskap ytterligare ett stort steg mot avfallsfritt, hållbara material som en dag skulle kunna konkurrera med konventionell plast. Leds av Eugene Chen, professor vid Institutionen för kemi, de har upptäckt en polymer med många av samma egenskaper som vi tycker om i plast, som lätt vikt, värmebeständighet, styrka och hållbarhet. Men den nya polymeren, till skillnad från typiska petroleumplaster, kan omvandlas tillbaka till sitt ursprungliga tillstånd med små molekyler för fullständig kemisk återvinningsbarhet. Detta kan uppnås utan användning av giftiga kemikalier eller intensiva laboratorieprocedurer.

Polymerer är en bred klass av material som kännetecknas av långa kedjor av kemiskt bundna, upprepande molekylenheter som kallas monomerer. Syntetiska polymerer inkluderar idag plast, samt fibrer, keramik, gummin, beläggningar, och många andra kommersiella produkter.

Arbetet bygger på en tidigare generation av en kemiskt återvinningsbar polymer Chens lab demonstrerade först 2015. Att göra den gamla versionen krävde extremt kalla förhållanden som skulle ha begränsat dess industriella potential. Den tidigare polymeren hade också låg värmebeständighet och molekylvikt, och, medan plastliknande, var relativt mjuk.

Men den grundläggande kunskapen från den studien var ovärderlig, sa Chen. Det ledde till en designprincip för att utveckla framtida generationers polymerer som inte bara är kemiskt återvinningsbara, men uppvisar också robusta praktiska egenskaper.

Den nya, mycket förbättrad polymerstruktur löser problemen med den första generationens material. Monomeren kan bekvämt polymeriseras under miljövänlig, industriellt realistiska förhållanden:lösningsmedelsfri, vid rumstemperatur, med bara några minuters reaktionstid och endast en spårmängd katalysator. Det resulterande materialet har en hög molekylvikt, termisk stabilitet och kristallinitet, och mekaniska egenskaper som fungerar mycket som en plast. Viktigast, polymeren kan återvinnas till sitt ursprungliga, monomert tillstånd under milda laboratorieförhållanden, med hjälp av en katalysator. Utan behov av ytterligare rening, monomeren kan återpolymeriseras, därmed etablera vad Chen kallar en cirkulär materiallivscykel.

Detta stycke innovativ kemi har Chen och hans kollegor glada för en framtid där nya, grön plast, snarare än att överleva på soptippar och hav i miljontals år, enkelt kan placeras i en reaktor och, i kemiskt språk, depolymeriserade för att återvinna sitt värde - inte möjligt för dagens petroleumplaster. Tillbaka vid sin kemiska utgångspunkt, materialet skulle kunna användas om och om igen - helt omdefiniera vad det innebär att "återvinna".

"Polymererna kan återvinnas kemiskt och återanvändas, i princip, oändligt, " sa Chen.

Chen betonar att den nya polymertekniken endast har demonstrerats i akademisk laboratorieskala. Det finns fortfarande mycket arbete att göra för att fullända de patentsökta monomer- och polymerproduktionsprocesser som han och kollegor har uppfunnit.

Med hjälp av ett fröbidrag från CSU Ventures, kemisterna optimerar sin monomersyntesprocess och utvecklar, ny, ännu mer kostnadseffektiva vägar till sådana polymerer. De arbetar också med skalbarhetsfrågor på deras monomer-polymer-monomer återvinningskonfiguration, samtidigt forska vidare i nya kemiska strukturer för ännu bättre återvinningsbara material.

"Det skulle vara vår dröm att se denna kemiskt återvinningsbara polymerteknologi materialiseras på marknaden, " sa Chen.