Wetenschap
Dr. Junpeng Wang. Krediet:Universiteit van Akron
De duurzaamheid van kunststoffen heeft de afgelopen jaren een lange weg afgelegd, grotendeels dankzij wetenschappelijke vooruitgang. Maar zelfs nu kunststoffen steeds milieuvriendelijker worden, de wereld blijft vervuild omdat veel industrieën op hen vertrouwen voor hun veelgebruikte producten.
Het laatste onderzoek van Dr. Junpeng Wang, assistent-professor aan de UA's School of Polymer Science and Polymer Engineering heeft een oplossing om dergelijk afval te verminderen en een wetenschappelijk pad vrij te maken voor een duurzamere toekomst die een beroep kan doen op het rubber, band, auto- en elektronica-industrie. Hoewel dit werk wordt ondersteund door UA, Wang heeft onlangs een prestigieuze National Science Foundation CAREER Award gewonnen die toekomstige ontwikkelingen van dit onderzoek zal ondersteunen.
Het probleem bij de hand:synthetische polymeren, inclusief rubber en kunststoffen, worden gebruikt in bijna elk aspect van het dagelijks leven. De dominantie van synthetische polymeren wordt grotendeels gedreven door hun uitstekende stabiliteit en veelzijdige mechanische eigenschappen. Echter, vanwege hun hoge duurzaamheid, afvalstoffen die uit deze polymeren zijn samengesteld, hebben zich op het land en in de oceanen opgehoopt, ernstige zorgen voor het ecosysteem.
In aanvulling, aangezien meer dan 90% van deze polymeren zijn afgeleid van eindige natuurlijke hulpbronnen, zoals aardolie en steenkool, de productie van deze materialen is niet duurzaam als ze niet kunnen worden gerecycled en hergebruikt.
Een veelbelovende oplossing om de uitdagingen op het gebied van de duurzaamheid van kunststoffen aan te pakken, is om de huidige polymeren te vervangen door recyclebare om een circulair gebruik van materialen te bereiken. Ondanks de tot dusver geboekte vooruitgang, weinig recyclebare polymeren vertonen de uitstekende thermische stabiliteit en hoogwaardige mechanische eigenschappen van traditionele polymeren. De recyclebare materialen die Wang en zijn team hebben ontwikkeld, zijn uniek in de superieure thermische stabiliteit en veelzijdige mechanische eigenschappen. Hun artikel waarin het onderzoek wordt uitgelegd, "Op olefine-metathese gebaseerde chemisch recyclebare polymeren mogelijk gemaakt door fused-ringmonomeren, " werd vorige week gepubliceerd door Natuurchemie .
"We zijn vooral geïnteresseerd in chemisch recyclebare polymeren die kunnen worden afgebroken tot de bestanddelen (monomeren) waaruit ze zijn gemaakt, ", zegt Wang. "De gerecycleerde monomeren kunnen worden hergebruikt om de polymeren te produceren, circulair materiaalgebruik mogelijk maken, die niet alleen helpt bij het behoud van de eindige natuurlijke hulpbronnen die worden gebruikt bij de productie van kunststoffen, maar pakt ook de kwestie van ongewenste accumulatie van plastic voorwerpen aan het einde van de levensduur aan."
De sleutel bij het ontwerp van chemisch recyclebare polymeren is het identificeren van het juiste monomeer. Door een zorgvuldige rekenkundige berekening, de onderzoekers identificeerden een gericht monomeer. Vervolgens bereidden ze het monomeer en de polymeren door middel van chemische synthese, gebruik van ruim voorhanden uitgangsmateriaal.
Wang's onderzoeksgroep, inclusief afgestudeerde studenten in de polymeerwetenschappen en een postdoctoraal wetenschapper, heeft tot doel deze uitdagingen aan te gaan door polymeren te ontwikkelen die kunnen worden afgebroken tot hun samenstellende delen. Wanneer de katalysator voor depolymerisatie afwezig of verwijderd is, de polymeren zullen zeer stabiel zijn en hun thermische en mechanische eigenschappen kunnen worden afgestemd op de behoeften van verschillende toepassingen.
"De chemisch recyclebare polymeren die we hebben ontwikkeld, vertonen een uitstekende thermische stabiliteit en robuuste mechanische eigenschappen en kunnen worden gebruikt om zowel rubber als kunststoffen te bereiden, ", zegt Wang. "We verwachten dat dit materiaal een aantrekkelijke kandidaat zal zijn om de huidige polymeren te vervangen. Ons moleculair ontwerp wordt geleid door berekening, het benadrukken van de transformerende kracht van de integratie van computer- en experimenteel werk. In vergelijking met andere recyclebare polymeren die zijn aangetoond, de nieuwe polymeren die we demonstreren vertonen een veel betere stabiliteit en meer veelzijdige mechanische eigenschappen. Wanneer een katalysator wordt toegevoegd, het polymeer kan worden afgebroken tot het samenstellende monomeer voor recycling."
De volgende stap voor Wang's onderzoeksgroep is het uitbreiden van de reikwijdte van de chemisch recyclebare polymeren en het ontwikkelen van met koolstofvezel versterkte polymeercomposieten. Het team zal ook de economische prestaties van dit industriële proces en levenscyclusanalyse analyseren voor de commercialisering van de polymeren.
Wetenschap © https://nl.scienceaq.com