Plasts hållbarhet har kommit långt de senaste åren, till stor del tack vare vetenskapliga framsteg. Men även när plasten blir mer och mer miljövänlig, världen fortsätter att vara förorenad eftersom många industrier förlitar sig på dem för sina ofta använda produkter.

Den senaste forskningen från Dr Junpeng Wang, biträdande professor vid UA:s School of Polymer Science and Polymer Engineering har en lösning för att minska sådant avfall och rensa en vetenskaplig väg för en mer hållbar framtid som kan tilltala gummit, däck, bil- och elektronikindustrin. Även om detta arbete stöds av UA, Wang fick nyligen ett prestigefyllt National Science Foundation CAREER Award som kommer att stödja framtida utvecklingar från denna forskning.

Problemet till hands:Syntetiska polymerer, inklusive gummi och plast, används i nästan alla aspekter av det dagliga livet. Dominansen av syntetiska polymerer drivs till stor del av deras utmärkta stabilitet och mångsidiga mekaniska egenskaper. Dock, på grund av deras höga hållbarhet, avfallsmaterial som består av dessa polymerer har samlats i marken och haven, orsakar allvarlig oro för ekosystemet.

Dessutom, eftersom över 90 % av dessa polymerer härrör från ändliga naturresurser, såsom petroleum och kol, produktionen av dessa material är ohållbar om de inte kan återvinnas och återanvändas.

En lovande lösning för att möta utmaningarna inom plasthållbarhet är att ersätta nuvarande polymerer med återvinningsbara för att uppnå en cirkulär användning av material. Trots de framsteg som gjorts hittills, få återvinningsbara polymerer uppvisar den utmärkta termiska stabiliteten och högpresterande mekaniska egenskaperna hos traditionella polymerer. De återvinningsbara materialen Wang och hans team har utvecklat är unika i sin överlägsna termiska stabilitet och mångsidiga mekaniska egenskaper. Deras artikel som förklarar forskningen, "Olefinmetates-baserade kemiskt återvinningsbara polymerer som möjliggörs av fusionerade ringmonomerer, " publicerades förra veckan av Naturkemi .

"Vi är särskilt intresserade av kemiskt återvinningsbara polymerer som kan brytas ner till de beståndsdelar (monomerer) som de är gjorda av, " säger Wang. "De återvunna monomererna kan återanvändas för att producera polymererna, möjliggör en cirkulär användning av material, som inte bara hjälper till att bevara de ändliga naturresurser som används vid plastproduktion, men tar också upp frågan om oönskad ackumulering av plastföremål i slutet av livet."

Nyckeln i utformningen av kemiskt återvinningsbara polymerer är att identifiera rätt monomer. Genom noggranna beräkningar, forskarna identifierade en målinriktad monomer. De preparerade sedan monomeren och polymererna genom kemisk syntes, använda rikligt tillgängliga utgångsmaterial.

Wangs forskargrupp, inklusive doktorander i polymervetenskap och en postdoktor, syftar till att ta itu med dessa utmaningar genom att utveckla polymerer som kan brytas ner i sina beståndsdelar. När katalysatorn för depolymerisation saknas eller tas bort, polymererna kommer att vara mycket stabila och deras termiska och mekaniska egenskaper kan anpassas för att möta behoven för olika applikationer.

"De kemiskt återvinningsbara polymererna vi utvecklat visar utmärkt termisk stabilitet och robusta mekaniska egenskaper och kan användas för att framställa både gummi och plast, " säger Wang. "Vi förväntar oss att detta material är en attraktiv kandidat för att ersätta nuvarande polymerer. Vår molekylära design styrs av beräkning, belyser den transformerande kraften i att integrera beräkningar och experimentellt arbete. Jämfört med andra återvinningsbara polymerer som har visats, de nya polymererna vi visar uppvisar mycket bättre stabilitet och mer mångsidiga mekaniska egenskaper. När en katalysator tillsätts, polymeren kan brytas ned till den ingående monomeren för återvinning."

Nästa för Wangs forskargrupp är att utöka omfattningen av de kemiskt återvinningsbara polymererna och att utveckla kolfiberförstärkta polymerkompositer. Teamet kommer också att analysera det ekonomiska resultatet för denna industriella process och livscykelanalys för kommersialisering av polymererna.