В Японии разрабатывают супрамолекулярный полимер

Стабильный в использовании, но динамичный при переработке материал может быть деполимеризирован при комнатной температуре

Химики из научно-исследовательского института RIKEN (Япония) разработали полимер, который может быть расщеплён на молекулярные строительные блоки, воссоединяющиеся с помощью нагревания либо охлаждения. Это может привести к созданию экологически чистых и устойчивых пластмасс, которые могут деполимеризироваться.

«Первоначально мы просто хотели синтезировать термостабильный супрамолекулярный полимер с использованием дискообразного мономера, имеющего восемь водородных амидных звеньев в боковых цепях», – говорит Такузо Аида из центра RIKEN для Emergent Matter Science. Его команда разработала мономер на основе порфирина, который образует стабильный полимер в углеводородных растворителях, но который легко деполимеризуется при добавлении спирта. Он нарушает водородные связи, удерживающие полимер вместе.

Как и ожидалось, эта деполимеризованная смесь полимеризовалась обратно при охлаждении. «Но к нашему великому удивлению, деполимеризованная смесь также обратно полимеризовалась и при нагревании», – утверждает Аида. Чтобы исследовать это необычное явление, группа RIKEN объединилась с EW «Bert 'Meijer group» в Технологическом университете Эйндховена (Нидерланды), где был разработан вычислительный метод для анализа супрамолекулярной полимеризации.

Анализ выявил существенную разницу между этими способами. При охлаждении восемь молекул спирта, объединившихся с каждым мономером, сразу же отпадали, чтобы дать возможность обратной полимеризации. Однако при нагревании деполимеризованной смеси молекулы спирта выпадали постепенно, одна за другой.

«Такие сложные и конкурентные молекулярные процессы являются ключевым элементом биологии, но только недавно они были признаны в надмолекулярной химии. Таким образом, наш полимер является шагом к сокращению разрыва между синтетическими и природными системами», – считает Аида.

Открытие может привести к разработке супрамолекулярных полимеров, которые очень стабильны в использовании, но очень динамичны, когда материал должен быть переработан.

Это также может сделать промышленную переработку полимеров менее энергоёмкой. Растворы полимеров имеют высокую вязкость и их трудно обрабатывать, но супрамолекулярный полимер деполимеризуется при комнатной температуре и поэтому должен иметь низкую вязкость.

«Это может привести к смене парадигмы в полимерной промышленности», – говорит Аида. «Следующий шаг – настроить структуру полимера, чтобы контролировать диапазон неполимеризуемой температуры и создать очень дешёвые мономеры».

Phys.org.
Фото с сайта Ikerbasque.net.