Tekst: Vincent Hentzepeter | Fotografie: RUG | R&D

Groningse en Chinese wetenschappers van het Feringa Nobel Prize ­Scientist Joint Research Center melden een recyclingsucces met plastics gemaakt van natuurlijk liponzuur. De polymeren zouden onder milde condities ­eenvoudig terug te brengen zijn tot de oorspronkelijke bouwstenen, claimen de ­onderzoekers in het tijdschrift Matter van 4 februari 2021.

Het onderzoekscentrum is een gezamenlijk project van de RUG en de East China University of Science and Technology (ECUST) in Shanghai. Aan de leiding staan de Groningse Nobelprijswinnaar voor chemie Ben Feringa en de Chinese hoogleraren Da-Hui Qa en He Tian. Feringa spreekt van een gecontroleerde manier om polymeren te fabriceren van liponzuur. Dit natuurlijke zuur is een krachtige antioxidant die andere antioxidanten helpt te regenereren en wordt als supplement verkocht. Het bestaat uit een ringstructuur waarin twee zwavelatomen aan elkaar gekoppeld zijn. Deze kunnen na verbreking van die binding reageren met andere monomeren. Nieuw is dat er een manier is ontdekt om dit proces gecontroleerd te laten verlopen, waardoor het mogelijk wordt er lange polymeren van te maken.

Zelfherstellend

De carboxygroep aan het molecuul reageert gemakkelijk met metaalionen. Die kunnen zo kruisverbanden met de polymeren aangaan, waardoor er een zacht, elastisch materiaal ontstaat. Via ionenverbindingen kan er ook een stevige film van worden gemaakt door het molecuul, opgelost in water met natriumhydroxide, een sodaverbinding, in te dampen. Beide processen zijn omkeerbaar, wat ze interessant maakt voor recycling. Bovendien maakt dit mechanisme het materiaal ook nog eens zelfherstellend. Een snee ‘geneest’ door beide randen tegen elkaar te drukken. Binnen een paar minuten zitten die dan weer aan elkaar vast.

Reversibele polymerisatie

Gangmaker in het onderzoek is Qi Zhang. Hij was eerst als promovendus bij ECUST in Shanghai betrokken, later als postdoc aan de RUG. Hij hoefde niets aan het liponzuur te veranderen om het geschikt te maken voor ‘depolymerisatie’. De polymeren vallen van nature uiteen door ze bloot te stellen aan natriumhydroxide. Ze lossen op en worden monomeren, de elementaire bouwstenen voor nieuwe plastics. Door toevoeging van wat zuur slaan de monomeren neer en kunnen ze teruggewonnen worden. Van belang daarbij is dat de kwaliteit van die gerecyclede monomeren niet onderdoet voor de maagdelijke bouwstenen. Daarmee komt reversibele polymerisatie binnen handbereik.

Veelbelovend

Uit labonderzoek blijkt nu dat het materiaal een aantal keren te recyclen is zonder kwaliteitsverlies. Dat wekt verwachtingen, maar Feringa waarschuwt wel dat een echte, industriële toepassing nog ver weg is. Het nu bereikte recyclingspercentage van 87% is hoog, maar nog lang geen 100%. In een reactie via Science LinX schrijft hij: “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. Onze experimenten laten zien dat we harde en zachte, elastische polymeren kunnen maken op een gecontroleerde manier en dat we ze ook weer kunnen depolymeriseren. Dat maakt dit molecuul zo veelbelovend.”

Recyclingpolymerisatieplasticschemische recycling