Onderzoekers van de Universiteit van Birmingham (VK) en Duke University (VS), hebben een nieuwe familie polymeren ontwikkeld uit duurzame bronnen, die dezelfde eigenschappen hebben als gewone kunststoffen maar ook afbreekbaar en mechanisch recycleerbaar zijn.

Op basis van suiker in plaats van petrochemische derivaten zijn twee nieuwe polymeren gemaakt: één rekbaar zoals rubber en een tweede taai maar buigzaam zoals de meeste commerciële kunststoffen. De nieuwe polymeren gebruiken isoidide en isomannide als bouwstenen. Beide verbindingen worden gemaakt van suikeralcoholen en hebben een stijve ring van atomen.

De onderzoekers ontdekten dat het polymeer op basis van isoidide een stijfheid en vervormbaarheid vertoonde die vergelijkbaar is met die van gewone kunststoffen, en een sterkte die vergelijkbaar is met die van hoogwaardige technische kunststoffen zoals Nylon-6.

Hoewel isoidide en isomannide alleen verschillen door de 3D ruimtelijke oriëntatie van twee bindingen, bekend als stereochemie, vertoonde het op isomannide gebaseerde materiaal een vergelijkbare sterkte en taaiheid, maar ook een hoge elasticiteit, waardoor het zijn vorm terugkreeg na vervorming. Opmerkelijk is dat de materialen hun uitstekende mechanische eigenschappen behielden na verpulvering en thermische verwerking - de gebruikelijke methode voor het mechanisch recyclen van kunststoffen.

Instelbare afbreekbaarheid

Met geavanceerde computermodellen werd gesimuleerd hoe de polymeerketens zich samenpakken en op elkaar inwerken om dergelijke verschillende polymere eigenschappen te verkrijgen. De unieke 3D-vormen van de suikerderivaten maken verschillende bewegingen en interacties van de lange ketens mogelijk, wat leidde tot het enorme verschil in fysische eigenschappen dat werd waargenomen. Door copolymeren te maken die zowel isoidide- als isomannide-eenheden bevatten, ontdekten de onderzoekers dat zij de mechanische eigenschappen en de afbraaksnelheid onafhankelijk van elkaar konden controleren. Dit systeem opent dus de deur naar het gebruik van de unieke vormen van suikers om de afbreekbaarheid voor een specifiek gebruik onafhankelijk te regelen zonder de eigenschappen van het materiaal significant te wijzigen.

Industriële partner gezocht

De chemische gelijkenis van de polymeren betekent dat ze, in tegenstelling tot veel van de huidige basiskunststoffen, kunnen worden gemengd om materialen met vergelijkbare of verbeterde eigenschappen te verkrijgen. Een gezamenlijke octrooiaanvraag is ingediend door University of Birmingham Enterprise en Duke University. De onderzoekers zijn nu op zoek naar industriële partners die belangstelling hebben om de technologie in licentie te geven.

‘Sugar-Based Polymers with Stereochemistry-Dependent 2 Degradability and Mechanical Properties is gepubliceerd' in het Journal of the American Chemical Society, en is beschikbaar via https://doi.org/10.1021/jacs.1c10278