Naukowcy z Uniwersytetu w Osace opracowali nowy typ polimeru, który łączy w sobie wytrzymałość niezbędną w wymagających zastosowaniach z możliwością łatwego recyklingu w materiał przypominający nowy.
Dzięki unikalnej grupie kierującej, która działa w określonych warunkach, polimer ten wytrzymuje trudne warunki, a jednocześnie rozkłada się bez wysiłku w obecności katalizatora niklowego. Ta innowacja może sprawić, że tworzywa sztuczne będą nadawały się do recyklingu w nieskończoność bez pogorszenia ich jakości, co stanowi obietnicę znacznego ograniczenia zanieczyszczenia tworzywami sztucznymi.
Rewolucjonizuje recykling tworzyw sztucznych
Tworzywa sztuczne są podstawą współczesnego życia, niezbędne w takich dziedzinach jak medycyna, technologia i bezpieczeństwo żywności, gdzie ich korzystne właściwości są niezastąpione. Jednak sama trwałość, która sprawia, że tworzywa sztuczne są cenne, sprawia, że są one również problematycznymi substancjami zanieczyszczającymi i trudnymi do recyklingu. Kluczem do rozwiązania tego krytycznego problemu jest opracowanie tworzyw sztucznych łatwiejszych do recyklingu.
W badaniu opublikowanym dzisiaj (7 października) w czasopiśmie Nauka chemicznanaukowcy z Uniwersytetu w Osace znaleźli sposób na wytworzenie wytrzymałych, wysokowydajnych polimerów, głównego składnika tworzyw sztucznych, które można łatwo i precyzyjnie rozłożyć na części składowe i poddać recyklingowi w materiały wyglądające jak nowe.
Wzmacnianie i recykling polimerów
Głównym składnikiem tworzyw sztucznych są cząsteczki zwane polimerami, które stanowią długie łańcuchy małych powtarzających się jednostek zwanych monomerami. Obecny recykling fizyczny po prostu wykorzystuje polimery bez ich rozkładania, a plastik poddany recyklingowi jest zwykle gorszy od oryginału. Recykling chemiczny to nowsza metoda, która polega na rozbijaniu łańcuchów polimeru z powrotem na jednostki monomeru, a następnie ponownym wiązaniu jednostek. Plastik z recyklingu jest tak dobry jak nowy. Jednakże polimery przeznaczone do recyklingu chemicznego są zwykle słabe, ponieważ mają słabe połączenia pomiędzy jednostkami monomeru, przez co łatwo jest rozerwać łańcuchy.
Naukowcy opracowali sposób wytwarzania wytrzymałych polimerów nadających się do chemicznego recyklingu, bez uszczerbku dla odporności cieplnej i chemicznej. Ten przełom może znacznie rozszerzyć zastosowanie polimerów nadających się do recyklingu chemicznego.
Nowa era w technologii polimerów
„Wiedzieliśmy, że musimy sprawić, aby połączenia między monomerami były naprawdę mocne w trudnych warunkach, ale łatwe do złamania w określonych warunkach w celu recyklingu” – mówi główny autor Satoshi Ogawa. „Byliśmy zaskoczeni, gdy odkryliśmy, że nikt nie próbował włączyć grupy reżyserskiej, która zerwałaby mocne ogniwa tylko w obecności metalowego katalizatora”.
Grupa kierująca jest jak zamek na łączu, otwiera łącze tylko wtedy, gdy obecny jest odpowiedni klucz. Polimery wytrzymywały wysokie temperatury i ostre chemikalia, ale w przypadku recyklingu katalizator niklowy zadziałał jak klucz, a grupa kierująca z łatwością otworzyła ogniwa, uwalniając monomery. Oryginalny polimer można następnie ponownie złożyć z monomerów.
W kierunku zrównoważonych rozwiązań z tworzyw sztucznych
„To ogromny krok naprzód w stworzeniu tak wytrzymałego polimeru, który można łatwo i precyzyjnie rozbić i poddać recyklingowi w nieskazitelny materiał w zaledwie kilku krokach” – wyjaśnia starszy autor Mamoru Tobisu. „Ten rewolucyjny projekt można wykorzystać do wytwarzania wysokowydajnych polimerów, które można poddawać recyklingowi w nieskończoność bez utraty jakości”.
Praca zespołu pokazuje, że nie musi istnieć kompromis między wydajnością a możliwością recyklingu. Ich konstrukcję można zastosować w wielu innych polimerach, aby wiele rodzajów tworzyw sztucznych nadawało się do chemicznego recyklingu, co potencjalnie pomoże w wyrzuceniu zanieczyszczeń z tworzyw sztucznych do śmietnika historii.
Odniesienie: „Kontrolowana degradacja chemicznie stabilnych poli(eterów arylowych) poprzez kierowanie katalizą wspomaganą grupowo” 7 października 2024 r., Nauka chemiczna.
DOI: 10.1039/d4sc04147j
