Plast är bland de mest framgångsrika materialen i modern tid. Dock, de skapar också ett enormt avfallsproblem. Forskare från University of Groningen (Nederländerna) och East China University of Science and Technology (ECUST) i Shanghai producerade olika polymerer från liponsyra, en naturlig molekyl. Dessa polymerer depolymeriseras lätt under milda förhållanden. Ungefär 87 procent av monomererna kan återvinnas i sin rena form och återanvändas för att göra nya polymerer av jungfrulig kvalitet. Processen beskrivs i en artikel som publicerades i tidskriften Materia den 4 februari.

Ett problem med att återvinna plast är att det oftast resulterar i en produkt av lägre kvalitet. Bästa resultat erhålls genom kemisk återvinning, där polymererna bryts ner till monomerer. Dock, denna depolymerisation är ofta mycket svår att uppnå. Vid Feringa Nobel Prize Scientist Joint Research Center, ett samarbete mellan universitetet i Groningen och ECUST, forskare utvecklade en polymer som kan skapas och helt depolymeriseras under milda förhållanden.

Perfekt byggsten

"Vi hittade ett sätt att producera polymerer från den naturliga molekylen liponsyra på ett mycket kontrollerat sätt, " förklarar Ben Feringa, Professor i organisk kemi vid universitetet i Groningen. "Det är en vacker molekyl och en perfekt byggsten som skapades av naturen." Molekylen har en ringstruktur som inkluderar en svavel-svavelbindning. När detta band bryts, svavelatomerna kan reagera med de hos en annan monomer. "Denna process var känd tidigare, men vi lyckades hitta ett sätt att kontrollera det och skapa långa polymerer."

Elastiskt material

Molekylen har också en karboxylgrupp, som lätt reagerar med metalljoner. Dessa kan tvärbinda polymererna, vilket resulterar i ett elastiskt material. Genom att lösa upp molekylen i vatten med natriumhydroxid och sedan förånga vattnet, en fastare polymerfilm produceras genom jonbindningar. Eftersom polymerisationen uppnås genom reversibla bindningar, materialet är också självläkande, förklarar Feringa:"När den skärs, du kan helt enkelt trycka ihop ändarna så kommer de att ansluta igen om några minuter."

Reversibel polymerisation

Det mesta av arbetet i materialpappret utfördes av Qi Zhang, först som Ph.D. student vid ECUST i Shanghai och senare som postdoktor vid universitetet i Groningen. "Liponsyra är en naturlig liten molekyl med en elegant struktur, ' han säger. "Vi behövde inte göra någon tråkig omdesign av monomeren för att uppnå en helt reversibel polymerisation." Att bara exponera polymererna för natriumhydroxid löser upp polymererna till monomerer. "Genom att tillsätta lite syra, monomererna fälls ut och kan utvinnas. Kvaliteten på dessa återvunna monomerer är identisk med originalmaterialets kvalitet."

Återvinning utan kvalitetsförlust

"Våra experiment visar vad som är möjligt med dessa monomerer, ", tillägger Feringa. "Vi kan till och med återvinna materialet till monomerer flera gånger, utan kvalitetsförlust." industriella tillämpningar av denna nya polymer är långt borta. Feringa säger, "Detta är ett bevis på principen. Vi genomför experiment nu för att skapa polymerer med nya funktioner och för att bättre förstå polymerisations- och depolymerisationsprocesserna." Vidare, även om 87 procent av monomererna redan kan återvinnas, forskarna vill komma så nära hundra procent som möjligt. "Våra experiment visar att vi kan producera, på ett kontrollerat sätt, hård och mjuk, elastiska polymerer som kan depolymeriseras helt, "Feringa summerar." Denna molekyl är verkligen mycket lovande. "