Современный мир сталкивается с острой проблемой утилизации отходов, особенно это касается пластика. Термореактивные полимеры, составляющие 15-20% от всего производимого пластика, занимают особое место в этом вопросе. Их исключительная прочность, обусловленная «сшитой» полимерной структурой, делает их незаменимыми в производстве автомобильных шин, протезов тазобедренных суставов и даже шаров для боулинга. Однако эта же прочность делает их практически невозможными для вторичной переработки, что приводит к их накоплению на свалках или сжиганию, нанося непоправимый вред окружающей среде. В настоящее время перерабатывается ноль процентов мировых термореактивных материалов.
Команда исследователей во главе с профессором химии и химической биологии Бреттом Форсом и аспирантом-химиком Рейганом Дрейлингом из Колледжа искусств и наук, представила прорывное решение этой проблемы. Они разработали новый термореактивный полимер на основе дигидрофурана (DHF), мономера, полученного из биологического сырья. Этот материал не только обладает свойствами, сопоставимыми с традиционными термореактивными пластиками, но и может быть химически переработан и биологически разложен.
Ключом к инновации является двухэтапный процесс полимеризации DHF. На первом этапе кольца DHF раскрываются, образуя гибкие полимерные цепи. Полученный материал мягкий и может быть переработан путем нагревания или разложен с помощью кислоты. На втором этапе остаточные мономеры DHF образуют сшивки с первым полимером, формируя прочный и жесткий материал. Этот сшитый полимер также поддается переработке при нагревании и разлагается в окружающей среде.
Уникальность этого процесса заключается в использовании так называемой «ортогональной полимеризации», когда два различных типа полимеризации проводятся последовательно на одном и том же мономере. Контроль свойств материала достигается за счет регулирования времени, использования катализатора и интенсивности света. Чем больше света, тем больше сшивок и, соответственно, тем более твердым становится материал.
Разработанный материал на основе DHF обладает свойствами, сравнимыми с традиционными термореактивными полимерами, такими как полиуретан высокой плотности, применяемый в электронике, упаковке и обуви, и этилен-пропиленовый каучук, используемый в садовых шлангах и автомобильных уплотнителях. Это открывает широкие перспективы для его применения в различных отраслях промышленности.
Новый термореактивный пластик на основе дигидрофурана (DHF) воплощает в себе концепцию «циклической экономики», поскольку он может быть переработан обратно в свой мономер и повторно использован. Кроме того, его способность к биоразложению снижает его воздействие на окружающую среду.
Исследование, результаты которого были опубликованы в журнале Nature под названием "Degradable Thermosets via Orthogonal Polymerizations of a Single Monomer", открывает новую страницу в развитии полимерной химии. Оно демонстрирует возможность создания устойчивых материалов, сочетающих в себе прочность и перерабатываемость, что является важным шагом в решении глобальных экологических проблем.
Будущие исследования будут направлены на расширение областей применения этого материала, включая использование в 3D-печати и модификацию его свойств путем добавления дополнительных мономеров. Это позволит расширить спектр его применения и сделать его еще более универсальным.
Использование биоразлагаемых полимеров на основе DHF – это переход от производства вечных материалов к производству материалов, которые могут разлагаться в окружающей среде. Это важный шаг на пути к более устойчивой и экологически ответственной экономике.
Изображение носит иллюстративный характер
Команда исследователей во главе с профессором химии и химической биологии Бреттом Форсом и аспирантом-химиком Рейганом Дрейлингом из Колледжа искусств и наук, представила прорывное решение этой проблемы. Они разработали новый термореактивный полимер на основе дигидрофурана (DHF), мономера, полученного из биологического сырья. Этот материал не только обладает свойствами, сопоставимыми с традиционными термореактивными пластиками, но и может быть химически переработан и биологически разложен.
Ключом к инновации является двухэтапный процесс полимеризации DHF. На первом этапе кольца DHF раскрываются, образуя гибкие полимерные цепи. Полученный материал мягкий и может быть переработан путем нагревания или разложен с помощью кислоты. На втором этапе остаточные мономеры DHF образуют сшивки с первым полимером, формируя прочный и жесткий материал. Этот сшитый полимер также поддается переработке при нагревании и разлагается в окружающей среде.
Уникальность этого процесса заключается в использовании так называемой «ортогональной полимеризации», когда два различных типа полимеризации проводятся последовательно на одном и том же мономере. Контроль свойств материала достигается за счет регулирования времени, использования катализатора и интенсивности света. Чем больше света, тем больше сшивок и, соответственно, тем более твердым становится материал.
Разработанный материал на основе DHF обладает свойствами, сравнимыми с традиционными термореактивными полимерами, такими как полиуретан высокой плотности, применяемый в электронике, упаковке и обуви, и этилен-пропиленовый каучук, используемый в садовых шлангах и автомобильных уплотнителях. Это открывает широкие перспективы для его применения в различных отраслях промышленности.
Новый термореактивный пластик на основе дигидрофурана (DHF) воплощает в себе концепцию «циклической экономики», поскольку он может быть переработан обратно в свой мономер и повторно использован. Кроме того, его способность к биоразложению снижает его воздействие на окружающую среду.
Исследование, результаты которого были опубликованы в журнале Nature под названием "Degradable Thermosets via Orthogonal Polymerizations of a Single Monomer", открывает новую страницу в развитии полимерной химии. Оно демонстрирует возможность создания устойчивых материалов, сочетающих в себе прочность и перерабатываемость, что является важным шагом в решении глобальных экологических проблем.
Будущие исследования будут направлены на расширение областей применения этого материала, включая использование в 3D-печати и модификацию его свойств путем добавления дополнительных мономеров. Это позволит расширить спектр его применения и сделать его еще более универсальным.
Использование биоразлагаемых полимеров на основе DHF – это переход от производства вечных материалов к производству материалов, которые могут разлагаться в окружающей среде. Это важный шаг на пути к более устойчивой и экологически ответственной экономике.
