Принципиально новый способ вторичной переработки полимеров

Пластик применяется в большей части современной жизни — такие области, как медицина, технологии и безопасность пищевых продуктов, были бы неузнаваемы без пластика и его полезных свойств. Однако прочность пластика, которая часто является полезным свойством, также делает его опасным загрязнителем и трудным для переработки. Решению этой серьезной и растущей проблемы — сделать пластик более легким для переработки - и было посвящено данное исследование.

В исследовании, недавно опубликованном в Chemical Science, исследователи из Университета Осаки нашли способ сделать прочные, высокопроизводительные полимеры, основной компонент пластика, которые можно легко и точно разбить на составные части и вновь переработать.

Основным компонентом пластика являются молекулы, называемые полимерами, которые представляют собой длинные цепочки небольших повторяющихся единиц, называемых мономерами. Текущие процессы физической переработки просто повторно используют полимеры, не разрушая их, и переработанный пластик обычно хуже исходного. Химическая переработка — это новый метод, который снова разбивает полимерные цепи на их мономерные единицы, а затем связывает эти единицы вместе. Переработанный пластик так же хорош, как новый. Однако полимеры, предназначенные для химической переработки, обычно слабы, поскольку имеют слабые связи между мономерными звеньями, поэтому цепи легко разрывать.

Исследователи разработали способ создания прочных, химически перерабатываемых полимеров без ущерба для термо- и химической стойкости. Этот прорыв может значительно расширить применение химически перерабатываемых полимеров.

«Мы знали, что нам нужно сделать связи между мономерами действительно прочными в обычных условиях, но легко разрушаемыми при определенных условиях переработки», — говорит ведущий автор Сатоши Огава. «Мы были удивлены, обнаружив, что никто не пытался включить направляющую группу, которая разрывала бы прочные связи только в присутствии металлического катализатора».

Направляющая группа подобна замку на связи, открывающему связь только при наличии правильного ключа. Полимеры выдерживали высокие температуры и агрессивные химикаты, но когда дело дошло до переработки, никелевый катализатор действовал как ключ, и направляющая группа легко открывала связи, высвобождая мономеры. Затем исходный полимер можно было собрать заново из мономеров.

«Это огромный шаг вперед — сделать полимер настолько прочным, чтобы его можно было легко и точно разбить и переработать в чистый материал за несколько этапов», — объясняет старший автор Мамору Тобису. «Эта революционная разработка может быть использована для создания высокопроизводительных полимеров, которые можно перерабатывать бесконечно без потери качества».

Работа команды показывает, что не обязательно идти на компромисс между производительностью и пригодностью к переработке. Их разработка может быть использована во многих других полимерах, чтобы сделать многие типы пластика химически перерабатываемыми, что потенциально поможет отправить загрязнение пластиком в мусорное ведро истории.

Источник: Satoshi Ogawa, Hiroki Morita, Yu-I. Hsu, Hiroshi Uyama, Mamoru Tobisu. Controlled degradation of chemically stable poly(aryl ethers) via directing group-assisted catalysisChemical Science, 2024; DOI: 10.1039/d4sc04147j