Een polymeer dat zichzelf vernietigt? Hoewel ooit een fictief idee, er bestaan ​​nu nieuwe polymeren die robuust genoeg zijn om pakketten of sensoren naar vijandig gebied te vervoeren en onmiddellijk te verdampen na voltooiing van een militaire missie. Het materiaal is gemaakt in een zweefvliegtuig met stijve vleugels en een nylon-achtige parachutestof voor levering in de lucht over afstanden van honderd mijl of meer. Het kan ooit ook worden gebruikt in bouwmaterialen of omgevingssensoren.

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

"Dit is niet het soort ding dat in een jaar langzaam afbreekt, zoals de biologisch afbreekbare kunststoffen die de consument misschien kent, " zegt Paul Kohl, doctoraat, wiens team het materiaal heeft ontwikkeld. "Dit polymeer verdwijnt in een oogwenk wanneer je op een knop drukt om een ​​intern mechanisme te activeren of de zon erop valt." De verdwijnende polymeren zijn ontwikkeld voor Defensie, die geïnteresseerd is in het inzetten van elektronische sensoren en bestelwagens die na gebruik geen spoor van hun bestaan ​​meer achterlaten, waardoor ontdekking wordt vermeden en de noodzaak voor apparaatherstel wordt verlicht.

De sleutel om een ​​polymeer te laten verdwijnen, of uiteenvallen, is "plafondtemperatuur". Onder de plafondtemperatuur, een polymeerconfiguratie heeft de voorkeur, maar boven die temperatuur, het polymeer zal uiteenvallen in zijn samenstellende monomeren. Gemeenschappelijke polymeren, zoals polystyreen, een plafondtemperatuur boven de omgevingstemperatuur hebben en zeer stabiel zijn. En zelfs als ze boven hun plafondtemperatuur worden opgewarmd, sommige van deze materialen kunnen lang duren om te ontbinden. Bijvoorbeeld, duizenden chemische bindingen verbinden alle monomeren met elkaar in polystyreen, en al deze bindingen moeten worden verbroken om de materialen te laten ontbinden. Maar met polymeren bij lage plafondtemperatuur, zoals de cyclische die Kohl gebruikt, er hoeft maar één band te verbreken, en dan vallen alle andere banden uit elkaar, dus de depolymerisatie gebeurt snel. Het proces kan worden gestart door een temperatuurpiek van een externe of ingebedde bron, of door een lichtgevoelige katalysator.

Voor vele jaren, onderzoekers hebben geprobeerd deze polymeren te maken, maar waren niet succesvol vanwege de instabiliteit van de materialen bij kamertemperatuur. Kohl's onderzoeksgroep aan het Georgia Institute of Technology ontdekte dat ze dit probleem zouden kunnen overwinnen als ze ervoor zouden zorgen dat alle onzuiverheden die tijdens de synthese werden gevormd, verwijderd werden. In aanvulling, ze vonden een aantal aldehyden, inclusief ftaalaldehyde, die gemakkelijk cyclische polymeren vormen. Nadat ze de synthese van dit polymeer hadden geoptimaliseerd, ze richtten zich op manieren om het te laten verdwijnen.

Om dit te doen, de onderzoekers verwerkten in het polymeer een lichtgevoelig additief, die licht absorbeert en depolymerisatie katalyseert. "In eerste instantie we hebben het lichtgevoelig gemaakt voor alleen ultraviolet licht, zodat we de onderdelen in een goed verlichte ruimte met tl-verlichting konden maken, en het was prima; het was stabiel, " zegt Kohl. Maar toen het polymeer buiten werd geplaatst, blootstelling aan zonlicht verdampte het (of veranderde het weer in een vloeistof, in sommige gevallen). Een voertuig dat 's nachts wordt ingezet, zou daarom, verdwijnen met de zonsopgang.

Kohl's groep heeft sindsdien nieuwe additieven ontdekt die depolymerisatie kunnen veroorzaken bij verschillende golflengten van zichtbaar licht, zodat het polymeer binnenshuis kan ontleden. "We hebben polymeren ontworpen voor toepassingen waarbij je in de kamer komt, je doet het licht aan, en het ding verdwijnt, ' zegt Kohl.

De groep heeft ook bepaald hoe depolymerisatie kan worden stopgezet. "We hebben een manier om de depolymerisatie een bepaalde tijd uit te stellen - een uur, twee uur, drie uren, "zegt hij. "Je zou het in het donker bewaren totdat je het ging gebruiken, maar dan zou je het overdag inzetten, en je zou drie uur hebben voordat het uiteenvalt." Het team heeft chemische methoden overwogen om het ontbindingsproces te starten, ook. In aanvulling, ze testen verschillende copolymeren die aan ftaalaldehyde kunnen worden toegevoegd om de eigenschappen van het materiaal te veranderen zonder het vermogen om te verdwijnen te veranderen.

Kohl zegt dat dit "James Bond"-achtige materiaal al door andere onderzoekers in militaire apparaten wordt verwerkt. Maar hij ziet ook de potentie van de materialen voor niet-militaire toepassingen. Bijvoorbeeld, de onderzoekers hebben een verdwijnende epoxy gemaakt voor een tijdelijke lijm die in bouwmaterialen zou kunnen worden gebruikt. Ze stellen zich ook voor dat het materiaal kan worden gebruikt als sensoren voor milieumonitoring. Zodra de sensoren klaar zijn met het verzamelen van gegevens, er is geen risico om de omgeving te vervuilen, omdat ze kunnen worden geactiveerd om te verdampen. Het materiaal kan ook worden gebruikt voor bestelwagens in afgelegen gebieden waar berging moeilijk is.