Volledig herbruikbaar plastic op basis van natuurlijk molecuul

Een probleem bij hergebruik van plastics is dat het meestal een product van lagere kwaliteit oplevert. Chemische recycling, het afbreken van polymeren in de bouwstenen (monomeren), levert de beste resultaten op. Maar dit depolymeriseren is lastig.

Nu is echter op basis van liponzuur een polymeer ontwikkeld dat onder milde omstandigheden kan worden geproduceerd en ook weer afgebroken. Volgens de onderzoekers, die worden geleid door de Groningse Nobelprijswinnaar voor chemie Ben Feringa en de hoogleraren Da-Hui Qa en He Tian (Shanghai), is het mogelijk tot 87 procent van de liponzuur-moleculen terug te winnen in pure vorm. Die zijn dan weer te gebruiken bij het maken van nieuwe polymeren van hoge kwaliteit.

Dit proces is beschreven in het tijdschrift Matter.

"We hebben een manier gevonden om op een zeer gecontroleerde manier polymeren te maken van het natuurlijke molecuul liponzuur", zegt hoogleraar Organische Chemie Feringa . "Het is een prachtig molecuul, een perfecte bouwsteen die de natuur voor ons heeft gemaakt."

Het molecuul heeft een ringstructuur waarin twee zwavelatomen aan elkaar gekoppeld zijn. Na verbreking van die koppeling kunnen de zwavelatomen reageren met andere monomeren. "Dit proces was al bekend, maar wij ontdekten een manier om het gecontroleerd te laten verlopen zodat we lange polymeren kunnen maken."

Zacht, elastisch en zelfherstellend

Aan het molecuul zit ook een carboxygroep, die gemakkelijk reageert met metaalionen. Die kunnen de polymeren crosslinken, waardoor een zacht, elastisch materiaal ontstaat. Door het indampen van een oplossing van het molecuul in water met natriumhydroxide ontstaat juist een stevige film via ionenverbindingen. De polymerisatie is in beide gevallen een omkeerbaar proces, wat het materiaal ook nog eens zelf-herstellend maakt. Feringa: "Wanneer je er een snee in maakt, kun je die herstellen door beide randen tegen elkaar te drukken. Binnen een paar minuten zitten die dan weer vast."

Reversibele polymerisatie

Het meeste werk is gedaan door Qi Zhang, eerst als promovendus bij Ecust in Shanghai, later als postdoc aan de Rug. "Liponzuur is een klein, natuurlijk molecuul met een elegante structuur", vindt Zhang. "We hoefden geen aanpassingen van de monomeer te ontwerpen voor de reversibele polymerisatie." De polymeren eenvoudigweg blootstellen aan natriumhydroxide en je lost ze op in monomeren. "Door een beetje zuur toe te voegen, slaan de monomeren neer en kun je ze verzamelen. De kwaliteit van die gerecyclede monomeren is identiek aan die van het originele materiaal."

Nog niet klaar voor de industrie

"Onze experimenten laten zien wat er mogelijk is met deze monomeren", vult Feringa aan. "We kunnen het materiaal een aantal keren recyclen zonder kwaliteitsverlies." Toch is een echte industriële toepassing nog ver weg. Feringa: "Dit is een eerste bewijs dat het werkt. We zijn nu bezig met experimenten om nieuwe polymeren met andere functionaliteiten te maken en om het proces van polymeriseren en depolymeriseren beter te leren begrijpen."