Zespół naukowców z University of Surrey zaprezentował materiał, który po ogrzaniu do około 90°C rozpada się do lotnego monomeru, a po schłodzeniu ponownie tworzy polimer. Opisane na łamach Macromolecules badania nie zwiastują jeszcze przełomu w recyklingu tworzyw sztucznych, ale pokazują nową koncepcję projektowania materiałów o kontrolowanej odwracalności.
Poszukiwanie polimerów łatwiejszych do odzysku jest jednym z najważniejszych kierunków współczesnej chemii materiałowej. Większość opracowywanych obecnie systemów wymaga jednak wysokich temperatur, sięgających 150–200°C, a odzyskany monomer trzeba następnie oczyścić i ponownie poddać procesowi polimeryzacji. Zespół kierowany przez dr Touseef Kazmi z University of Surrey zaproponował rozwiązanie działające według odmiennej zasady.
Badacze otrzymali poli(1,2-ditiololan), określany również jako poli(disulfid trimetylenu), który powstaje z monomeru 1,2-ditiolanu. Materiał jest miękki, hydrofobowy i nierozpuszczalny, jednak jego najciekawszą cechą okazuje się zachowanie pod wpływem temperatury.
Po ogrzaniu do około 90°C polimer ulega depolimeryzacji do lotnego monomeru. Nie oznacza to, że sam polimer „zamienia się w gaz” – rozpada się na pojedyncze cząsteczki, które przechodzą do fazy gazowej. Po schłodzeniu monomer samoczynnie ponownie polimeryzuje, odtwarzając stały materiał o właściwościach zbliżonych do wyjściowego. Cały cykl można wielokrotnie powtarzać bez konieczności prowadzenia dodatkowej reakcji chemicznej.
Autorzy publikacji pokazali również praktyczne wykorzystanie tego zjawiska. Para monomeru mogła być wykorzystana do nanoszenia cienkich, hydrofobowych powłok na różne powierzchnie. Po ponownym ogrzaniu warstwa znikała, ponieważ polimer ponownie depolimeryzował do lotnego monomeru. Taka koncepcja może w przyszłości zainteresować twórców powłok dla elementów o skomplikowanych kształtach, gdzie tradycyjne metody nanoszenia materiałów są utrudnione.
Interesująco wygląda także doświadczenie związane z oczyszczaniem materiału. Naukowcy wykazali, że podczas depolimeryzacji lotny monomer może zostać oddzielony od modelowego zanieczyszczenia, a następnie ponownie utworzyć czysty polimer. W praktyce oznacza to możliwość połączenia w jednym procesie depolimeryzacji, transportu monomeru, separacji zanieczyszczeń i ponownego wytworzenia materiału.
Badania nie ograniczyły się do jednego polimeru. Zespół wykazał również, że 1,2-ditiololan może być kopolimeryzowany między innymi ze styrenem, akrylanami, octanem winylu oraz metakrylanem metylu. Otwiera to drogę do projektowania szerszej grupy materiałów zawierających wiązania podatne na kontrolowane rozszczepianie.
– Nasz materiał nie zastąpi konwencjonalnych tworzyw sztucznych ani nie rozwiąże problemu odpadów, ale pokazuje nową koncepcję projektowania materiałów o obiegu zamkniętym – podkreśla dr Peter Roth z University of Surrey.
Autorzy podkreślają jednak, że jest to wyłącznie laboratoryjne “proof of concept”. Nowy materiał nie stanowi zamiennika polietylenu ani innych masowo stosowanych tworzyw sztucznych, a jego właściwości użytkowe, trwałość oraz opłacalność produkcji wymagają dalszych badań.
Publikacja w Macromolecules pokazuje jednak interesujący kierunek rozwoju chemii polimerów. Najważniejszym osiągnięciem nie jest stworzenie kolejnego tworzywa, lecz udowodnienie, że odpowiednio zaprojektowany polimer może przechodzić cykl polimer – lotny monomer – polimer, sterowany wyłącznie zmianą temperatury. Nawet jeśli do zastosowań przemysłowych droga pozostaje jeszcze daleka, sama koncepcja z pewnością należy do najciekawszych doniesień materiałowych ostatnich miesięcy.
Więcej: tutaj
