Detaily článku

Trojský kůň polymerů pro ekologii

Je těžké si představit náš každodenní život bez plastů vyrobených z polyolefinů. Praktické metody recyklace polyolefinů bohužel chybí. V časopise Angewandte Chemie nyní výzkumný tým představil nový přístup k výrobě nových polyolefinů, které lze chemicky dekonstruovat a znovu polymerovat bez ztráty kvality. Tajemstvím metody jsou maskované dvojné vazby zavedené do polymerního řetězce pomocí tzv. funkční skupiny "trojského koně" v polymerním řetězci.

Datum: 23.6.2023

recyklace polymerů

Polyolefiny jsou stabilní, lehké, univerzální a levné plasty vyrobené z velmi dlouhých uhlovodíkových řetězců. Jejich vysoká stabilita a trvanlivost má však jednu nevýhodu: po použití jsou polyolefiny v životním prostředí extrémně perzistentní. Mechanickou recyklací vznikají výrobky s horšími vlastnostmi. Vysoká chemická stabilita polyolefinů také brání chemické depolymeraci za účelem získání monomerů zpět.

Udržitelnější by bylo oběhové hospodářství založené na alternativních, chemicky recyklovatelných polyolefinů, které by bylo možné rozložit na menší fragmenty, vyčistit a znovu polymerizovat. U těchto menších fragmentů je také větší pravděpodobnost, že budou biologicky rozložitelné, pokud se náhodou dostanou do životního prostředí. Na rozdíl od běžných polyolefinů by takové polymerní řetězce musely obsahovat štěpitelné funkční skupiny. Tým vedený Geoffreym W. Coatesem z Cornellovy univerzity (Ithaca, New York, USA) nyní udělal další krok na této cestě. Jejich nový přístup je založen na malém počtu nenasycených vazeb, které jsou zabudovány do polyolefinových řetězců pomocí ochranné skupiny "trojského koně".

Za tímto účelem tým polymerizuje ethylen na polyethylen v přítomnosti speciálního cyklického ko-monomeru (oxa-norbornadienu). Zahřátí kopolymeru způsobí, že se trojský kůň "otevře"; kruhy se pak rozštěpí retro Diels-Alderovou reakcí a v polymerním řetězci zůstane dvojná vazba. Vzdálenost mezi dvojnými vazbami v páteři polymeru lze řídit změnou množství kopolymeru ve vstupním materiálu.

Při reakci známé jako křížová metateze olefinů se řetězce rozdělí v místě dvojných vazeb a připojí se k další molekule (2-hydroxyethylakrylátu) za vzniku menších řetězců s reaktivními skupinami na koncích. Tyto makromonomery se pak opět spojí dohromady a vytvoří PE s malým množstvím esterových vazeb.

Touto metodou se týmu podařilo vyrobit polymery s tepelnými a mechanickými vlastnostmi odpovídajícími vlastnostem vysokohustotního polyethylenu (HDPE), velmi důležitého a široce používaného plastu. Na rozdíl od HDPE má nový materiál esterové vazby podél páteře polymeru. Při recyklaci lze polymerní řetězce chemicky rozdělit v místě esterových vazeb a regenerovat tak původní makromonomery. Po vyčištění je lze znovu polymerizovat, aniž by došlo ke ztrátě kvality.

Pro kompletní informace si přečtěte celý článek.