Polyuretanavfall hopar sig på deponier, men forskarna har en möjlig lösning:De har utvecklat en metod för att göra polyuretan nedbrytbart. När originalproduktens livslängd är över, polymeren kan lätt lösas upp i ingredienser för att göra nya produkter som superlim. Dessa polyuretaner skulle också kunna användas i mikroskopiska kapslar som bryts upp för att frigöra last som biocider.

Forskarna kommer att presentera sina resultat idag vid American Chemical Society (ACS) Fall 2019 National Meeting &Exposition.

"Miljontals ton polyuretaner produceras varje dag, och de används ofta i skum, plast, sneakers, isolering och andra produkter, säger Ephraim Morado, en doktorand som presenterar arbetet på mötet. "Men när folk slutar använda dem, dessa material kasseras vanligtvis." Polyuretanavfall hamnar antingen på deponier, eller så är det förbränt, som kräver mycket energi och genererar giftiga biprodukter, konstaterar han. "Som ett alternativ, vi vill utveckla nästa generations polyuretan som lätt kan brytas ned och bearbetas till ett nytt material som sedan kan kommersialiseras, såsom lim eller färg, " han säger.

Självklart, Morado är inte ensamt om att söka sätt att återanvända polymerer. "Många människor som är intresserade av återvinning försöker göra polymerer som bryts ner till sina ursprungliga utgångsmaterial och sedan gör om samma polymer, säger Steven Zimmerman, Ph.D., projektets huvudutredare. "Vi tar en mycket annorlunda, mellanliggande tillvägagångssätt, vilken bransch kan vara mer intresserad av att driva på kort sikt eftersom det skulle vara enklare och billigare, " tillägger Zimmerman, vars labb är baserat vid University of Illinois i Urbana-Champaign. "Vi försöker bryta ner våra polymerer till några andra utgångsmaterial som är bekanta för industrin."

Den viktigaste skillnaden mellan standard polyuretan och Morados version är införlivandet av en hydroxiacetal som en av monomererna, vid sidan av de traditionella monomererna. Zimmermans team hade först använt en speciell jodinnehållande acetal för att göra nedbrytbara polymerer och polyakrylamidgeler. I det tidigare arbetet, polymeren kunde lösas i svagt surt vatten.

Morado uppfann en ny typ av acetal att införliva i sin okonventionella polyuretan så att han kunde lösa upp polymeren i frånvaro av vatten. Efter månader av utredning, han upptäckte att en lösning av triklorättiksyra i diklormetan, ett organiskt lösningsmedel, kunde lösa upp polyuretanen i rumstemperatur på bara tre timmar. Det är i motsats till de hårdare förhållandena för den typiska förbränningsmetoden, som kräver mer än 1, 400 F för att undvika bildning av giftig gas. Till skillnad från vatten, diklormetan får materialet att svälla. Den expansionen gör det möjligt för syran att nå ryggraden i polyuretans molekylkedjor, som den kan bryta vid positioner där acetalgrupperna finns. Nedbrytning frigör alkoholmonomerer som sedan kan användas för att göra nya produkter som lim vars prestanda kan jämföras med superlim.

Morado skapade andra polyuretaner som innehåller acetal som kan utlösas för att brytas ned när de utsätts för ljus. Han använde dessa material för att tillverka mikrokapslar som kunde innehålla herbicider eller till och med biocider för att döda havstulpaner och andra varelser som fastnar på skeppsskrov. Han och Zimmerman utvecklar också lim som löser sig när de behandlas med några droppar syra i diklormetanlösningsmedel. En potentiell tillämpning är på kretskort, där ett chip som hade klistrats fast på brädet kunde bytas ut mot ett ersättare om originalchippet hade gått sönder.

Dessutom, teamet arbetar med polyuretaner som kan brytas ned under ännu mildare förhållanden, exponering för vinäger. Det skulle vara särskilt användbart för, säga, nedbrytbara suturer eller hushållsapplikationer som löstagbara bildhängare.