Superplastice reciclabile realizate cu chimie veche

Cu o modificare accidentală a unei reacții chimice clasice, oamenii de știință au creat primele forme ușor de reciclat de materiale plastice puternice. Descoperirea oferă potențialul de a reduce costurile și de a reduce risipa de produse de zi cu zi, spun cercetătorii.

Cele două noi materiale care conțin azot, un plastic super-rezistent și un gel moale, auto-vindecător, reprezintă noi tipuri de termoduri, care sunt polimeri rezistenti la căldură și foarte stabili. Termoseturile sunt utilizate pe scară largă, de la automobile și echipamente aerospațiale până la dispozitive electronice și sunt dificil, dacă nu imposibil, de reciclat. Dar, spre deosebire de alte termorigide, noii polimeri se descompun ușor în componentele lor originale, gata să fie reasamblate în ceva nou.

Reciclarea acestor materiale plastice este simplă, spune chimista de polimeri Jeannette García de la IBM Almaden Research Center din San Jose, California. Procesul implică o stropire de lichid la un anumit pH, spune ea. „Aceasta este o paradigmă complet diferită pentru reciclare.”

Metodele de reciclare pentru materiale plastice standard, cum ar fi sticlele de apă, implică adesea topirea polimerilor la temperaturi foarte ridicate, ceea ce tinde să deterioreze blocurile chimice și să modifice proprietățile polimerilor. Cu noile materiale plastice, spune García, cercetătorii distrug și reconstruiesc complet materialul. „Ceea ce faci este să desfaci aceste legături care s-au format”, spune ea.

Acele legături critice nu au fost create cu atenție prin cercetări laborioase, ci au fost create de serendipity, spune García. În timp ce gătea sticle de apă din plastic pentru o rețetă chimică pe care o testa, García a ratat un pas. În ciuda erorii, o bucată tare de plastic s-a prăbușit din reacție în balonul ei. După ce a spart sticlăria pentru a recupera materialul misterios, García a găsit o rocă termorezistabilă aproape indestructibilă, care era stabilă la temperaturi de până la 300° până la 350° Celsius.

Folosind calcule pentru a înțelege reacția care a format polimerul, García și colegii au realizat că chimia este o simplă revizuire a unei reacții vechi. De ani de zile, chimiștii știu că combinarea moleculelor care conțin azot numite amine cu formaldehidă creează inele de carbon și azot în formă de hexagon, numite triazine. Dar, adăugând din mod fortuit o dublă amină – una care are doi azoți – la formaldehidă, echipa lui García a creat triazine care s-ar putea lega împreună într-o rețea tridimensională, formând un polimer cu superputeri. Rezultatele apar în 16 mai Ştiinţă.

„Reacția formaldehidă-amină este una dintre cele mai vechi utilizate în ingineria polimerilor”, spune chimistul organic Bert Meijer de la Universitatea de Tehnologie Eindhoven din Olanda. Folosindu-l pentru a crea materiale noi, unice, cercetarea „atrage atenția fiecărui chimist de materiale”, adaugă el.

Reluând reacția, García și colegii au descoperit că adăugarea formaldehidei și a aminei duble împreună la temperaturi mai scăzute, în jur de 50 ° C, creează un termoset asemănător jeleului. Când echipa a tăiat gelul și a așezat bucățile tăiate împreună, s-au reformat într-un întreg fără sudură. Deși gelul de auto-vindecare a fost stabil la raft, atunci când cercetătorii l-au spălat cu un lichid cu pH neutru, cum ar fi apa, se dezasambla.

Când este încălzită la aproximativ 200 ° C, reacția dublă amină-formaldehidă formează plasticul dur pe care García a descoperit inițial. Plasticul dur se descompune și cu o spălare, dar necesită un acid foarte puternic, la pH 2. Acest lucru rupe legăturile dintre triazine și rețeaua se sfărâmă la materia primă.

„Ceea ce cred că este atât de interesant despre această descoperire este că îi forțează pe oamenii de știință să gândească diferit despre chimie și să facă știința reciclării mai accesibilă”, spune chimistul Timothy Long de la Virginia Tech din Blacksburg.