Onderzoekers van Cornell University hebben een recyclebaar alternatief ontwikkeld voor thermohardende kunststoffen, een klasse duurzame materialen die vaak worden gebruikt in autobanden, vervangende heupgewrichten en bowlingballen. Thermoharders worden gekenmerkt door een verknoopte polymeerstructuur die een uitstekende sterkte en levensduur garandeert. Deze structuur maakt het echter ook onmogelijk om traditionele op petrochemie gebaseerde thermoharders (die 15% tot 20% van de totale polymeerproductie uitmaken) te recyclen.
"Momenteel is er wereldwijd geen recyclingpercentage voor thermohardende materialen en worden ze verbrand of op stortplaatsen gegooid", zegt Brett Foss, hoogleraar scheikunde en chemische biologie aan de Cornell University.
Flowserve Labs heeft op deze milieu-uitdaging gereageerd door een alternatief te creëren dat is gemaakt van materialen van biologische oorsprong die de duurzaamheid en ductiliteit hebben van verknoopte thermoharders, maar gemakkelijk kunnen worden gerecycled en afgebroken. Het artikel verscheen in Nature.
De groep van Foss bestudeerde dihydrofuran (DHF), een monomeer (of chemische bouwsteen) dat gemaakt kan worden uit biomaterialen die uiteindelijk zouden kunnen concurreren met aardoliegrondstoffen.
Dreiling gebruikt DHF, een cyclisch monomeer met dubbele bindingen, als bouwsteen voor twee opeenvolgende polymerisaties. Het verknoopte polymeer dat door de tweede polymerisatie wordt geproduceerd, kan door verwarming worden gerecycled en kan op natuurlijke wijze in het milieu worden afgebroken.
DHF-thermoharders hebben eigenschappen die vergelijkbaar zijn met commerciële thermoharders, waaronder polyurethaan met hoge dichtheid (gebruikt in elektronica, verpakkingen, schoenen, enz.) en ethyleen-propyleenrubber (gebruikt in tuinslangen en tochtstrips voor auto's).
Foss zei dat op DHF gebaseerde materialen een circulaire gebruikseconomie bieden in vergelijking met de huidige petrochemische thermoharders. Het materiaal is chemisch recyclebaar en kan opnieuw worden geformuleerd in de samenstellende monomeren en helemaal opnieuw worden gebruikt. Wanneer sommige materialen onvermijdelijk in het milieu terechtkomen, worden deze materialen na verloop van tijd afgebroken tot onschadelijke componenten.
Onderzoekers werken eraan dit op DHF gebaseerde materiaal toe te passen op 3D-printen. Ze experimenteren ook met het gebruik van meer monomeren om de eigenschappen van het materiaal uit te breiden.
"We hebben honderd jaar lang geprobeerd polymeren te maken die eeuwig meegaan, maar we realiseerden ons dat dat eigenlijk geen goede zaak was", zegt Foss. "Nu maken we polymeren die niet eeuwig zijn, maar in het milieu worden afgebroken."
Samengesteld uit /ScitechDaily
DOI:10.1038/s41586-024-08386-w