De wereld werd verliefd op plastic omdat ze goedkoop zijn, handig, lichtgewicht en duurzaam. Om dezelfde redenen, plastic vernietigt nu de aarde.

Chemici van de Colorado State University hebben dit in het tijdschrift aangekondigd: Wetenschap weer een belangrijke stap naar afvalvrij, duurzame materialen die ooit zouden kunnen concurreren met conventionele kunststoffen. Onder leiding van Eugene Chen, hoogleraar bij de vakgroep Chemie, ze hebben een polymeer ontdekt met veel van dezelfde eigenschappen die we in kunststoffen hebben, zoals lichtgewicht, hittebestendig, sterkte en duurzaamheid. Maar het nieuwe polymeer, in tegenstelling tot typische aardoliekunststoffen, kan worden teruggezet naar de oorspronkelijke staat van kleine moleculen voor volledige chemische recycleerbaarheid. Dit kan worden bereikt zonder het gebruik van giftige chemicaliën of intensieve laboratoriumprocedures.

Polymeren zijn een brede klasse van materialen die worden gekenmerkt door lange ketens van chemisch gebonden, herhalende moleculaire eenheden die monomeren worden genoemd. Synthetische polymeren omvatten tegenwoordig kunststoffen, evenals vezels, keramiek, rubbers, coatings, en vele andere commerciële producten.

Het werk bouwt voort op een eerdere generatie van een chemisch recyclebaar polymeer dat Chen's lab voor het eerst demonstreerde in 2015. Om de oude versie te maken, waren extreem koude omstandigheden nodig die het industriële potentieel ervan zouden hebben beperkt. Het vorige polymeer had ook een lage hittebestendigheid en een laag molecuulgewicht, en, terwijl plastic-achtig, was relatief zacht.

Maar de fundamentele kennis die uit die studie werd verkregen, was van onschatbare waarde, zei Chen. Het leidde tot een ontwerpprincipe voor de ontwikkeling van toekomstige generatie polymeren die niet alleen chemisch recyclebaar zijn, maar vertonen ook robuuste praktische eigenschappen.

De nieuwe, sterk verbeterde polymeerstructuur lost de problemen van het materiaal van de eerste generatie op. Het monomeer kan gemakkelijk onder milieuvriendelijk worden gepolymeriseerd, industrieel realistische omstandigheden:oplosmiddelvrij, op kamertemperatuur, met slechts een paar minuten reactietijd en slechts een kleine hoeveelheid katalysator. Het resulterende materiaal heeft een hoog molecuulgewicht, thermische stabiliteit en kristalliniteit, en mechanische eigenschappen die erg op plastic lijken. Het belangrijkste is, het polymeer kan weer in zijn oorspronkelijke staat worden gerecycled, monomere toestand onder milde laboratoriumomstandigheden, met behulp van een katalysator. Zonder verdere zuivering, het monomeer kan opnieuw worden gepolymeriseerd, daarmee vaststellend wat Chen een circulaire materialenlevenscyclus noemt.

Dit stukje innovatieve chemie heeft Chen en zijn collega's enthousiast gemaakt voor een toekomst waarin nieuwe, groene kunststoffen, in plaats van miljoenen jaren op stortplaatsen en oceanen te overleven, kan eenvoudig in een reactor worden geplaatst en, in chemisch spraakgebruik, gedepolymeriseerd om hun waarde terug te winnen - niet mogelijk voor de aardoliekunststoffen van vandaag. Terug op het chemische startpunt, het materiaal kan keer op keer worden gebruikt - een volledige herdefiniëring van wat het betekent om te 'recyclen'.

"De polymeren kunnen chemisch worden gerecycled en hergebruikt, in principe, oneindig, ' zei Chen.

Chen benadrukt dat de nieuwe polymeertechnologie alleen op academische laboratoriumschaal is aangetoond. Er is nog veel werk aan de winkel om de monomeer- en polymeerproductieprocessen waarvoor patent is aangevraagd, te perfectioneren die hij en zijn collega's hebben uitgevonden.

Met de hulp van een seed-subsidie ​​van CSU Ventures, de chemici optimaliseren hun monomeersyntheseproces en ontwikkelen, nieuwe, nog meer kosteneffectieve routes naar dergelijke polymeren. Ze werken ook aan schaalbaarheidsproblemen in hun monomeer-polymeer-monomeer-recyclingopstelling, terwijl we verder onderzoek doen naar nieuwe chemische structuren voor nog beter recyclebare materialen.

"Het zou onze droom zijn om deze chemisch recyclebare polymeertechnologie op de markt te zien verschijnen, ' zei Chen.