Kunststoffen behoren tot de meest succesvolle materialen van de moderne tijd. Echter, ze creëren ook een enorm afvalprobleem. Wetenschappers van de Rijksuniversiteit Groningen (Nederland) en de East China University of Science and Technology (ECUST) in Shanghai produceerden verschillende polymeren uit liponzuur, een natuurlijk molecuul. Deze polymeren worden gemakkelijk gedepolymeriseerd onder milde omstandigheden. Zo'n 87 procent van de monomeren kan in zuivere vorm worden teruggewonnen en hergebruikt om nieuwe polymeren van maagdelijke kwaliteit te maken. Het proces wordt beschreven in een artikel dat is gepubliceerd in het tijdschrift Materie op 4 februari.

Een probleem bij het recyclen van kunststoffen is dat dit meestal resulteert in een product van mindere kwaliteit. De beste resultaten worden verkregen door chemische recycling, waarin de polymeren worden afgebroken tot monomeren. Echter, deze depolymerisatie is vaak erg moeilijk te bereiken. Bij het Feringa Nobel Prize Scientist Joint Research Center, een samenwerking tussen de Rijksuniversiteit Groningen en ECUST, wetenschappers ontwikkelden een polymeer dat onder milde omstandigheden kan worden gemaakt en volledig kan worden gedepolymeriseerd.

Perfecte bouwsteen

"We hebben een manier gevonden om op een zeer gecontroleerde manier polymeren te produceren uit het natuurlijke molecuul liponzuur, " legt Ben Feringa uit, Hoogleraar organische chemie aan de Rijksuniversiteit Groningen. "Het is een prachtig molecuul en een perfecte bouwsteen die door de natuur is gecreëerd." Het molecuul heeft een ringstructuur die een zwavel-zwavelbinding omvat. Wanneer deze band wordt verbroken, de zwavelatomen kunnen reageren met die van een ander monomeer. "Dit proces was al eerder bekend, maar we zijn erin geslaagd een manier te vinden om het onder controle te houden en lange polymeren te maken."

Elastisch materiaal

Het molecuul heeft ook een carboxylgroep, die gemakkelijk reageert met metaalionen. Deze kunnen de polymeren verknopen, wat resulteert in een elastisch materiaal. Door het molecuul op te lossen in water met natriumhydroxide en vervolgens het water te verdampen, een stevigere polymeerfilm wordt geproduceerd door ionische bindingen. Omdat de polymerisatie wordt bereikt door omkeerbare bindingen, het materiaal is ook zelfherstellend, legt Feringa uit:"Als het wordt gesneden, je kunt de uiteinden eenvoudig tegen elkaar drukken en ze zullen binnen een paar minuten opnieuw worden aangesloten."

Omkeerbare polymerisatie

Het meeste werk in de Materials-paper werd uitgevoerd door Qi Zhang, eerst als een Ph.D. student aan ECUST in Shanghai en later als postdoctoraal onderzoeker aan de Rijksuniversiteit Groningen. "Liponzuur is een natuurlijk klein molecuul met een elegante structuur, ' hij zegt. "We hoefden het monomeer niet moeizaam opnieuw te ontwerpen om een ​​volledig omkeerbare polymerisatie te bereiken." Door de polymeren eenvoudigweg bloot te stellen aan natriumhydroxide, lost de polymeren op in monomeren. "Door een beetje zuur toe te voegen, de monomeren slaan neer en kunnen worden teruggewonnen. De kwaliteit van deze gerecyclede monomeren is identiek aan die van het originele materiaal."

Recycling zonder kwaliteitsverlies

"Onze experimenten laten zien wat er mogelijk is met deze monomeren, ", vult Feringa aan. "We kunnen het materiaal zelfs meerdere keren recyclen tot monomeren, zonder kwaliteitsverlies." industriële toepassingen van dit nieuwe polymeer zijn nog ver weg. Feringa zegt, "Dit is een proof of principle. We voeren nu experimenten uit om polymeren met nieuwe functionaliteiten te maken en om de polymerisatie- en depolymerisatieprocessen beter te begrijpen." Verder, hoewel 87 procent van de monomeren al kan worden teruggewonnen, de wetenschappers willen zo dicht mogelijk bij de honderd procent komen. "Onze experimenten laten zien dat we kunnen produceren, op een gecontroleerde manier, hard en zacht, elastische polymeren die volledig kunnen worden gedepolymeriseerd, Feringa vat het samen. "Dit molecuul is echt veelbelovend."