Polyurethaanafval stapelt zich op op stortplaatsen, maar wetenschappers hebben een mogelijke oplossing:ze hebben een methode ontwikkeld om polyurethaan afbreekbaar te maken. Zodra de levensduur van het originele product voorbij is, het polymeer kan gemakkelijk worden opgelost in ingrediënten om nieuwe producten zoals secondelijm te maken. Deze polyurethanen kunnen ook worden gebruikt in microscopisch kleine capsules die openbreken om lading zoals biociden vrij te geven.

De onderzoekers zullen hun resultaten vandaag presenteren op de American Chemical Society (ACS) Fall 2019 National Meeting &Exposition.

"Elke dag worden er miljoenen tonnen polyurethaan geproduceerd, en ze worden veel gebruikt in schuim, kunststoffen, sportschoenen, isolatie en andere producten, " zegt Efraïm Morado, een promovendus die het werk presenteert op de bijeenkomst. "Maar als mensen ze niet meer gebruiken, deze materialen worden meestal weggegooid." Afval polyurethaan komt ofwel op stortplaatsen terecht, of het wordt verbrand, wat veel energie kost en giftige bijproducten genereert, merkt hij op. "Als een alternatief, we willen de volgende generatie polyurethaan ontwikkelen die gemakkelijk kan worden afgebroken en opnieuw kan worden verwerkt tot een nieuw materiaal dat vervolgens kan worden gecommercialiseerd, zoals lijm of verf, " hij zegt.

Natuurlijk, Morado is niet de enige die op zoek is naar manieren om polymeren opnieuw te gebruiken. "Veel mensen die geïnteresseerd zijn in recycling, proberen polymeren te maken die uiteenvallen in hun oorspronkelijke uitgangsmaterialen en vervolgens hetzelfde polymeer opnieuw maken. " zegt Steven Zimmerman, doctoraat, hoofdonderzoeker van het project. "We nemen een heel andere, tussenliggende benadering, welke industrie op korte termijn meer geïnteresseerd zou kunnen zijn omdat het gemakkelijker en goedkoper zou zijn, ", voegt Zimmerman toe, wiens laboratorium is gevestigd aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign. "We proberen onze polymeren op te splitsen in een aantal andere uitgangsmaterialen die bekend zijn bij de industrie."

Het belangrijkste verschil tussen standaard polyurethaan en Morado's versie is de opname van een hydroxyacetaal als een van de monomeren, naast de traditionele monomeren. Het team van Zimmerman had eerst een speciaal jodiumhoudend acetaal gebruikt om afbreekbare polymeren en polyacrylamidegels te maken. In dat eerdere werk het polymeer kon worden opgelost in licht zuur water.

Morado vond een nieuw type acetaal uit om in zijn onconventionele polyurethaan op te nemen, zodat hij het polymeer in afwezigheid van water kon oplossen. Na maanden van onderzoek, ontdekte hij dat een oplossing van trichloorazijnzuur in dichloormethaan, een organisch oplosmiddel, kon het polyurethaan bij kamertemperatuur in slechts drie uur oplossen. Dat in tegenstelling tot de zwaardere omstandigheden van de typische verbrandingsmethode, waarvoor meer dan 1 nodig is 400 F om de vorming van giftige gassen te voorkomen. In tegenstelling tot water, dichloormethaan zorgt ervoor dat het materiaal opzwelt. Door die expansie kan het zuur de ruggengraat van de moleculaire ketens van polyurethaan bereiken, die het kan breken op posities waar de acetaalgroepen zich bevinden. Bij degradatie komen alcoholmonomeren vrij die vervolgens kunnen worden gebruikt om nieuwe producten te maken, zoals lijmen waarvan de prestaties wedijveren met secondelijm.

Morado creëerde andere acetaalbevattende polyurethanen die kunnen worden geactiveerd om te degraderen bij blootstelling aan licht. Hij gebruikte deze materialen om microcapsules te maken die herbiciden of zelfs biociden konden bevatten voor het doden van zeepokken en andere wezens die aan scheepsrompen kleven. Hij en Zimmerman ontwikkelen ook lijmen die oplossen wanneer ze worden behandeld met een paar druppels zuur in dichloormethaanoplosmiddel. Een mogelijke toepassing is op printplaten, waar een chip die stevig op het bord was gelijmd, kon worden verwisseld voor een vervanging als de originele chip was mislukt.

In aanvulling, het team werkt aan polyurethaan dat onder nog mildere omstandigheden kan afbreken, zoals blootstelling aan azijn. Dat zou vooral handig zijn voor, zeggen, afbreekbare hechtingen of huishoudelijke toepassingen zoals verwijderbare schilderijhangers.