Een onderzoeksgroep onder leiding van senior onderzoeker Jianwei Li van het MediCity Research Laboratory heeft een nieuw type materialen onderzocht, supramoleculaire kunststoffen genaamd, die de conventionele polymere kunststoffen zouden vervangen door een milieuvriendelijker materiaal dat duurzame ontwikkeling bevordert. De mechanische eigenschappen van het supramoleculaire plastic dat door de onderzoekers is gemaakt met behulp van vloeistof-vloeistof fasescheiding waren vergelijkbaar met conventionele polymeren, maar het nieuwe plastic ontleedt veel gemakkelijker en zou gemakkelijker te hergebruiken zijn.

Kunststof is een van de belangrijkste moderne materialen en is na een eeuw ontwikkeling in alle aspecten van het menselijk leven geïntegreerd. Traditionele polymeerkunststoffen degraderen en regenereren echter slecht in de natuur en zijn een van de grootste bedreigingen voor het voortbestaan ​​van de mens geworden. Deze situatie is het resultaat van de inherente sterke kracht van covalente bindingen die monomeren verbinden voor de vorming van polymeren.

Om de uitdaging aan te gaan, hebben wetenschappers voorgesteld om polymeren te maken die zijn verbonden door niet-covalente bindingen die niet zo krachtig zijn als covalente bindingen. Helaas is de zwakkere interactie meestal niet sterk genoeg om moleculen bij elkaar te houden in materialen met macroscopische afmetingen, wat de praktische toepassing van niet-covalente materialen verhindert.

De Jianwei Li-onderzoeksgroep aan de Universiteit van Turku, Finland, heeft ontdekt dat een fysisch concept genaamd vloeistof-vloeistoffasescheiding (LLPS) opgeloste stoffen kan sequestreren en concentreren, waardoor de bindingskracht tussen moleculen wordt versterkt en de vorming van macroscopische materialen wordt gestimuleerd. De mechanische eigenschappen van het resulterende materiaal waren vergelijkbaar met conventionele polymeren. Bovendien, zodra het materiaal in stukken was gebroken, konden de fragmenten onmiddellijk worden herenigd en zichzelf genezen. Bovendien was het materiaal een hechtmiddel wanneer verzadigde hoeveelheden water waren ingekapseld. De stalen verbindingsstukken kunnen bijvoorbeeld meer dan een maand een gewicht van 16 kg dragen.

Tot slot, dankzij de dynamische en omkeerbare aard van de niet-covalente interacties, was het materiaal afbreekbaar en zeer recyclebaar.

"Vergelijkbaar met conventionele kunststoffen, zijn onze nieuwe supramoleculaire kunststoffen slimmer omdat ze niet alleen de sterke mechanische eigenschappen behouden, maar ook dynamische en omkeerbare eigenschappen behouden die het materiaal zelfherstelbaar en herbruikbaar maakten", legt postdoctoraal onderzoeker Dr. Jingjing Yu uit.

"Een van de kleine moleculen die het supramoleculaire plastic produceerde, werd eerder afgeschermd van een complex chemisch systeem. Het vormde slimme hydrogelmaterialen met magnesiummetaalkationen. Deze keer zijn we erg enthousiast om dit oude molecuul nieuwe trucs te leren met LLPS", zegt de hoofdonderzoeker van het laboratorium, Dr. Jianwei Li.

"Opkomend bewijs heeft aangetoond dat LLPS een belangrijk proces kan zijn tijdens de vorming van celcompartimenten. Nu hebben we dit bio- en fysiek geïnspireerde fenomeen ontwikkeld om de grote uitdaging voor onze omgeving aan te gaan. Ik geloof dat er meer interessante materialen zullen worden onderzocht met het LLPS-proces in de nabije toekomst", zegt Li.

De studie werd gepubliceerd in Angewandte Chemie . + Verder verkennen

Zelftemplerende, oplosmiddelvrije supramoleculaire polymeersynthese