En banbrytande utveckling möjliggör målinriktad replikering av den kemiska strukturen hos lågdensitetspolyeten (LDPE), en plast som hittills varit svår att imitera, och som visar stor potential för hållbara alternativ inom plastindustrin.
Prof. Dr. Rhett Kempe, ordförande för Inorganisk Chemistry II—Catalyst Design, Sustainable Chemistry Center, vid University of Bayreuth, och hans tvärvetenskapliga forskargrupp presenterar detta material i tidskriften Advanced Science .
"Vi har introducerat ett nytt kemiskt återvinningsbart, mycket förgrenat polyolefinmaterial", förklarar professor Dr. Rhett Kempe.
Hans team har införlivat så kallade "återvinningspunkter" i den nya plasten, där polymeren kan brytas kemiskt ned till mindre fragment som är lösliga i organiska lösningsmedel vid måttliga temperaturer och därför kan återvinnas. Komponenterna kan sedan kombineras igen, vilket gör att de kan återanvändas i en sluten cykel.
LDPE produceras i en högtrycksprocess under extrema reaktionsförhållanden (vid 250°C med 2 500 till 4 000 bar) via friradikalpolymerisation av eten. Denna energikrävande process är avgörande för den mycket förgrenade och komplexa kemiska strukturen och de tillhörande materialegenskaperna.
Fram till nu har det varit mycket svårt att efterlikna denna unika struktur. Det nya materialet, känt som LDPE-mimic, är nära kommersiell LDPE i sin kemiska struktur.
"Nyckeln till framgång är användningen av våra nya katalysatorer, som producerar definierade byggstenar av en viss storlek under motsvarande milda reaktionsförhållanden, runt 70° Celsius och två bars tryck. Dessa kan sedan kombineras för att bilda det slutliga plastmaterialet." säger Kempe.
"Det nya materialet består av två olika makromonomerer, en ryggrad och potentiella långkedjiga grenar. Grenarna kan fästas reversibelt till ryggraden och klyvas under sura och basiska förhållanden." En makromonomer är en förening som har strukturen av en monomer (dvs. den kan kombineras för att bilda en större molekyl) men som redan är större och har vissa makromolekylära egenskaper. Detta betyder att den redan har en avsevärd storlek eller komplexitet, men ändå har förmågan att tvärbinda eller polymerisera ytterligare.
Sammantaget ligger innovationerna i Bayreuth-arbetet därför i kombinationen av produktion under mycket milda eller hållbara förhållanden, plastens kemiska återvinningsbarhet och den riktade imitationen av den kemiska strukturen hos LDPE.
Mer information: Christoph Unger et al, A Closed-Loop Recyclable Low-Density Polyethylene, Advanced Science (2024). DOI:10.1002/advs.202307229
Journalinformation: Avancerad vetenskap
Tillhandahålls av Bayreuth University
