Разлагаемый полиуретан спасёт мир от гор пластиковых отходов

Химики создали полиуретан, разлагаемый на ценное сырьё.

Фото L. Brian Stauffer.

Розовая полоска сделана из модифицированного полиуретана. Пластик набухает и разлагается в растворе трихлоруксусной кислоты в дихлорметане (левый флакон), но не в водном (правый флакон).

Иллюстрация Steven Zimmerman, Ephraim Morado.

Полиуретаны – популярный класс материалов. Достаточно вспомнить о разновидности пенополиуретана, в странах бывшего СССР известной как поролон. Кроме того, из этих веществ делаются краски, пластмассы и так далее. В одних только США ежегодно образуется 1,3 миллиона тонн полиуретановых отходов. Этот мусор с трудом поддаётся переработке и обычно отправляется на свалки и мусоросжигательные заводы, загрязняя окружающую среду.

Эту проблему взялись решить химики под руководством Стивена Циммермана (Steven Zimmerman) из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне.

Существуют несколько подходов к переработке полимеров. Например, полиэтилен можно после определённой подготовки расплавить и сделать из него новые полиэтиленовые изделия. Ещё один традиционный метод состоит в том, чтобы разложить молекулы полимера на "строительные блоки" (мономеры), и создать тот же полимер заново.

Как объясняет Циммерман в пресс-релизе Американского химического общества, авторы новой разработки выбрали третий путь. Продукты распада их модифицированного полимера можно использовать для производства не нового полиуретана, а другой продукции, например, клея.

Чтобы достичь этого эффекта, химики добавили в молекулу полиуретана новый мономер – гидроксиацеталь. Такой модифицированный полиуретан разлагается раствором трихлоруксусной кислоты в дихлорметане. Процесс идёт при комнатной температуре и занимает всего три часа.

Розовая полоска сделана из модифицированного полиуретана. Пластик набухает и разлагается в растворе трихлоруксусной кислоты в дихлорметане (левый флакон), но не в водном (правый флакон).

Дело в том, что дихлорметан, в отличие от воды, вызывает набухание материала. Благодаря этому молекула кислоты добирается до главной цепи полимера (самой длинной цепочке атомов в молекуле). Кислота разрывает её в местах, где роль мономеров играют ацетальные группы.

В результате такой реакции высвобождаются молекулы многоатомных спиртов, входившие в полиуретан в качестве мономеров. Их можно использовать для производства мощных клеев.

Химики создали также другой вариант разлагаемого полиуретана. На сей раз исследователи подобрали ацетальные группы так, чтобы вещество разрушалось под действием света.

Разумеется, такой материал не подойдёт для обивки сидений. Зато из него можно сделать микрокапсулы, скрывающие до поры до времени токсичные гербициды. Предполагается, что такая продукция будет хранится и распыляться в темноте, и лишь с восходом солнца, когда люди уже покинут поле, окажет на сорняки своё губительное действие (однако в этом случае поле будет загрязнено продуктами распада полиуретана).

Как сообщается в пресс-релизе университета, недостатком нового полиуретана является дороговизна его исходных компонентов. Авторы ищут более дешёвое решение. Также они собираются адаптировать технологию к разным видам полиуретана.

Исследователи представили своё детище на осеннем Национальном съезде и выставке Американского химического общества 2019 года.

К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о долговечном биопластике, а также пластмассе из водорослей и крабовых панцирей.