Ученые создали пластмассовый суперполимер, который невероятно прочный и бесконечный для переработки

Исследователи из Университета Осаки разработали новый тип полимера, который сочетает в себе прочность, необходимую для применения в сложных условиях, и способность легко перерабатываться в новый материал. Благодаря использованию уникальной направляющей группы, которая действует в определенных условиях, этот полимер выдерживает жесткие условия окружающей среды, но при этом легко разрушается в присутствии никелевого катализатора.

Данная инновация может сделать пластик неограниченно пригодным для вторичной переработки без ухудшения его качества, что обещает значительное сокращение загрязнения окружающей среды пластиком. Пластмассы являются основой современной жизни, они необходимы в таких областях, как медицина, технологии и безопасность пищевых продуктов, где их полезные свойства незаменимы.

Однако та самая прочность, которая делает пластики ценными, также делает их проблематичными загрязнителями и сложными для переработки. Ключ к решению этой критической проблемы лежит в разработке более легко перерабатываемых пластмасс.

В исследовании, опубликованном в журнале Chemical Science, ученые из Университета Осаки нашли способ создания прочных, высокоэффективных полимеров, основных компонентов пластмасс, которые можно легко и точно разложить на составные части и переработать в материалы, которые будут как новые.

Основным компонентом пластмасс являются молекулы, называемые полимерами, которые представляют собой длинные цепочки небольших повторяющихся единиц, называемых мономерами. При нынешней физической переработке полимеры просто используются повторно, не расщепляя их, и переработанный пластик обычно хуже исходного.

Химическая переработка — это более новый метод, при котором полимерные цепочки расщепляются на мономерные звенья, а затем они снова соединяются вместе. Переработанный пластик становится как новый.

Однако полимеры, предназначенные для химической переработки, обычно слабые, потому что в них есть слабые связи между мономерными звеньями, так что цепочки легко разорвать.

Исследователи разработали способ получения прочных полимеров, пригодных для химической переработки, без ущерба для термо- и химической стойкости. Этот прорыв может значительно расширить сферу применения химически перерабатываемых полимеров.

«Мы знали, что нужно сделать так, чтобы связи между мономерами были очень прочными в суровых условиях, но при этом легко разрушались при определенных условиях для переработки, — говорит ведущий автор Сатоси Огава. — Мы были удивлены, обнаружив, что никто еще не пробовал включать направляющую группу, которая разрывала бы прочные связи только в присутствии металлического катализатора».

По словам исследователей, направляющая группа — это как замок, открывающий связь только при наличии нужного ключа. Полимеры выдерживали воздействие высоких температур и агрессивных химикатов, но когда дело доходило до переработки, никелевый катализатор действовал как ключ, а направляющая группа легко «размыкала» связи, высвобождая мономеры. Затем из мономеров можно было вновь собрать исходный полимер.

«Это огромный шаг вперед — создать полимер такой прочности, который можно легко и точно расщепить и переработать в первозданный материал за несколько шагов, — объясняет старший автор работы Мамору Тобису. — Эта революционная разработка может быть использована для создания высокоэффективных полимеров, которые можно перерабатывать неограниченное количество раз без потери качества».

Работа команды показывает, что не обязательно искать компромисс между производительностью и возможностью переработки. Их разработка может быть использована во многих других полимерах, чтобы сделать многие виды пластика химически перерабатываемыми, что потенциально поможет отправить пластиковое загрязнение в мусорную корзину истории.

Ранее сообщалось, что ученые продвигают химическую переработку для улучшения повторного использования пластиковых отходов путем расщепления пластика на основные компоненты. Исследователи из ETH Zurich разработали ключевые методы для этого процесса, что в перспективе позволит производить высококачественные продукты и топливо из переработанного пластика.