afbreekbaar, biobased polymeren bieden mogelijkheden voor chemische recycling, en ze kunnen een hulpmiddel zijn om nuttige moleculen op te slaan en vrij te geven. Wetenschappers hebben een klasse van op suiker gebaseerde polymeren ontwikkeld die afbreekbaar zijn door zure hydrolyse. De onderzoekers integreerden ook 'cargo'-moleculen in het polymeer, die zijn ontworpen om af te splitsen na afbraak van het polymeer. afbreekbaar, ladingdragende polymeren zijn belangrijk voor medische en sensortoepassingen, zegt de studie gepubliceerd in het tijdschrift Angewandte Chemie .

De meeste kunststoffen zijn bestand tegen natuurlijke afbraakprocessen. Bijgevolg, toenemende vervuiling van het milieu met kunststoffen heeft geleid tot een roep om afbreekbare kunststoffen. Dergelijke materialen kunnen worden onderworpen aan chemische recyclingprocessen, waarin chemische reacties polymeerbindingen verbreken. De industrie wint dan ofwel de monomeren terug en onderwerpt ze opnieuw aan polymerisatie, of het verzamelt de resulterende kleine moleculen als bruikbare bouwstenen voor verdere reacties.

Echter, afbreekbare polymeren vereisen een uitgebreider polymeerontwerp. De verbindingen tussen de polymeerbouwstenen moeten gevoelig zijn voor chemische of enzymatische behandelingen. In aanvulling, duurzame polymeren moeten gemaakt worden van biobased grondstoffen.

Tae-Lim Choi en collega's van de Seoul National University, Zuid-Korea, hebben een manier gevonden om hoogwaardige polymeren te produceren uit op xylose gebaseerde monomeren. Xylose is een suiker die wordt aangetroffen in de celwanden van planten. De methode die ze gebruiken omvat de bereiding van de op xylose gebaseerde monomeren, inclusief de aanhechting van linkergroepen, en het laten reageren van de monomeren in een polymerisatieproces dat cascade-metathesepolymerisatie wordt genoemd.

Om te testen of dergelijke plastic materialen afbreekbaar zijn, de onderzoekers behandelden de op xylose gebaseerde polymeren met zoutzuur, een behandeling die vaak wordt aangetroffen in chemische recyclingprocedures. De onderzoekers ontdekten dat de afbreekbaarheid afhing van het type koppeling. Als het polymeer een koppeling bevat die gemaakt is van een koolstofatoom, het polymeer weerstond hydrolyse, maar verbindingen gemaakt met stikstof- of zuurstofatomen leidden tot onmiddellijke degradatie.

Polymeren met een op stikstof gebaseerde koppeling resulteerden in verbindingen die pyrrolen worden genoemd, terwijl die gemaakt met zuurstof furanen produceerden. Pyrrolen en furanen zijn beide overvloedig, natuurlijk voorkomende verbindingen. Echter, de onderzoekers adviseren voorzichtig:"Van furaanderivaten is bekend dat ze een breed scala aan biologische activiteit hebben, waarmee rekening moet worden gehouden bij het identificeren van toepassingen voor deze polymere materialen, " ze zeiden.

In blokcopolymeren, verschillende "blokken" van kortere polymeerstrengen zijn aan elkaar bevestigd. Overeenkomstig, blokcopolymeren hebben eigenschappen die voortkomen uit die van de enkele blokken. Aangezien veel functionele materialen kunnen worden gemaakt met blokcopolymeren, de auteurs testten of op xylose gebaseerde blokcopolymeren die blokken met niet-afbreekbare bindingen bevatten, ook zouden desintegreren door behandeling met zuur. Dat deden ze. "Na 24 uur, ook het koolstofbinding bevattende blok was bijna volledig afgebroken tot kleine moleculen, met slechts een klein beetje oligomeer materiaal over, ', melden de auteurs.

De onderzoekers integreerden ook kleine reportermoleculen in de polymeren. Zure hydrolyse van de polymeren met zuurstofbindingen produceerde furaanderivaten, die vervolgens para-nitrofenol als een reportermolecuul vrijmaakte. "Dit type lading maakt het eenvoudig om de vrijgave te kwantificeren. het kan worden vervangen door andere verbindingen, die na hun vrijlating verschillende functies uitoefenen, ' zegt Choi.