Le laboratoire d'Eugene Chen a développé un polymère entièrement recyclable, montré ici. Crédit :Bill Cotton/Université d'État du Colorado
Le monde est tombé amoureux des plastiques parce qu'ils sont bon marché, pratique, léger et durable. Pour ces mêmes raisons, les plastiques saccagent maintenant la Terre.
Les chimistes de l'Université d'État du Colorado ont annoncé dans le journal Science une nouvelle étape majeure vers le zéro déchet, des matériaux durables qui pourraient un jour concurrencer les plastiques conventionnels. Dirigé par Eugène Chen, professeur au Département de chimie, ils ont découvert un polymère avec bon nombre des mêmes caractéristiques que nous apprécions dans les plastiques, comme un poids léger, résistance à la chaleur, solidité et durabilité. Mais le nouveau polymère, contrairement aux plastiques pétroliers typiques, peut être reconverti à son état initial de petite molécule pour une recyclabilité chimique complète. Ceci peut être accompli sans l'utilisation de produits chimiques toxiques ou de procédures de laboratoire intensives.
Les polymères sont une large classe de matériaux caractérisés par de longues chaînes de répéter des unités moléculaires appelées monomères. Les polymères synthétiques comprennent aujourd'hui les plastiques, ainsi que des fibres, céramique, caoutchoucs, revêtements, et de nombreux autres produits commerciaux.
Le travail s'appuie sur une génération précédente d'un polymère chimiquement recyclable que le laboratoire de Chen a démontré pour la première fois en 2015. La fabrication de l'ancienne version nécessitait des conditions extrêmement froides qui auraient limité son potentiel industriel. Le polymère précédent avait également une faible résistance à la chaleur et un faible poids moléculaire, et, tout en plastique, était relativement mou.
Mais les connaissances fondamentales acquises grâce à cette étude étaient inestimables, dit Chen. Cela a conduit à un principe de conception pour développer des polymères de la future génération qui sont non seulement chimiquement recyclables, mais présentent également des propriétés pratiques robustes.
Le nouveau, La structure polymère bien améliorée résout les problèmes du matériau de première génération. Le monomère peut être commodément polymérisé dans des conditions respectueuses de l'environnement, conditions industriellement réalistes :sans solvant, à température ambiante, avec seulement quelques minutes de temps de réaction et seulement une trace de catalyseur. Le matériau résultant a un poids moléculaire élevé, stabilité thermique et cristallinité, et des propriétés mécaniques qui fonctionnent très bien comme un plastique. Plus important encore, le polymère peut être recyclé à son original, état monomère dans des conditions de laboratoire douces, à l'aide d'un catalyseur. Sans besoin de purification supplémentaire, le monomère peut être repolymérisé, établissant ainsi ce que Chen appelle un cycle de vie circulaire des matériaux.
Ce morceau de chimie innovante a enthousiasmé Chen et ses collègues pour un avenir dans lequel de nouveaux, plastiques verts, plutôt que de survivre dans les décharges et les océans pendant des millions d'années, peut être simplement placé dans un réacteur et, dans le jargon chimique, dépolymérisés pour récupérer leur valeur - impossible pour les plastiques pétroliers d'aujourd'hui. De retour à son point de départ chimique, le matériau pourrait être utilisé encore et encore - redéfinissant complètement ce que signifie "recycler".
« Les polymères peuvent être recyclés chimiquement et réutilisés, en principe, infiniment, " dit Chen.
Chen souligne que la nouvelle technologie des polymères n'a été démontrée qu'à l'échelle du laboratoire universitaire. Il reste encore beaucoup de travail à faire pour perfectionner les processus de production de monomères et de polymères en instance de brevet que lui et ses collègues ont inventés.
Avec l'aide d'une subvention de démarrage de CSU Ventures, les chimistes optimisent leur procédé de synthèse de monomères et développent, Nouveau, voies encore plus rentables vers de tels polymères. Ils travaillent également sur les problèmes d'évolutivité de leur installation de recyclage monomère-polymère-monomère, tout en poursuivant la recherche de nouvelles structures chimiques pour des matériaux encore meilleurs recyclables.
"Ce serait notre rêve de voir cette technologie de polymère chimiquement recyclable se matérialiser sur le marché, " dit Chen.