Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Μπέρμιγχαμ του Ηνωμένου Βασιλείου και το Πανεπιστήμιο Duke, στις ΗΠΑ, δημιούργησαν μια νέα οικογένεια πολυμερών από βιώσιμες πηγές που διατηρούν όλες τις ιδιότητες των κοινών πλαστικών, αλλά είναι επίσης αποικοδομήσιμα και μηχανικά ανακυκλώσιμα.

Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν πρώτες ύλες με βάση τη ζάχαρη και όχι πετροχημικά παράγωγα για να φτιάξουν δύο νέα πολυμερή, ένα που είναι ελαστικό όπως το καουτσούκ και ένα άλλο που είναι σκληρό αλλά όλκιμο, όπως τα περισσότερα πλαστικά του εμπορίου.

Οι ερευνητές κατασκεύασαν τα νέα πολυμερή χρησιμοποιώντας ισοειδίδιο και ισομαννίδιο ως δομικά στοιχεία. Και οι δύο αυτές ενώσεις παρασκευάζονται από αλκοόλες σακχάρου και διαθέτουν έναν άκαμπτο δακτύλιο ατόμων (εικόνα). Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι το πολυμερές με βάση το ισοειδίδιο, έδειξε ακαμψία και ελαττότητα παρόμοια με τα κοινά πλαστικά και μια αντοχή παρόμοια με πλαστικά μηχανικής υψηλής ποιότητας όπως το Nylon-6. Παρά το γεγονός ότι το ισομαννίδιο και το ισομαννίδιο διαφέρουν μόνο από τον τρισδιάστατο χωρικό προσανατολισμό δύο δεσμών, γνωστών ως στερεοχημεία, το υλικό με βάση το ισομαννίδιο είχε παρόμοια αντοχή και σκληρότητα, αλλά έδειξε επίσης υψηλή ελαστικότητα, ανακτώντας το σχήμα του μετά την παραμόρφωση. Συγκεκριμένα, τα υλικά διατήρησαν τις εξαιρετικές μηχανικές τους ιδιότητες μετά από κονιοποίηση και θερμική επεξεργασία, που είναι η συνήθης μέθοδος για τη μηχανική ανακύκλωση πλαστικών.

Η υπολογιστική μοντελοποίηση αιχμής προσομοίωσε τον τρόπο με τον οποίο οι αλυσίδες πολυμερών συσκευάζονται και αλληλεπιδρούν για να παράγουν τόσο διαφορετικές πολυμερές ιδιότητες. Τα μοναδικά τρισδιάστατα σχήματα των παραγώγων ζάχαρης διευκολύνουν τις διαφορετικές κινήσεις και την αλληλεπίδραση των μακριών αλυσίδων προκαλώντας την τεράστια διαφορά στις φυσικές ιδιότητες που παρατηρήθηκε.

Δημιουργώντας συμπολυμερή που περιέχουν μονάδες ισοειδιδίου και ισομαννιδίου, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι μπορούσαν να ελέγξουν τις μηχανικές ιδιότητες και τους ρυθμούς αποικοδόμησης ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλο. Ως εκ τούτου, αυτό το σύστημα ανοίγει την πόρτα στη χρήση των μοναδικών σχημάτων σακχάρων για να ρυθμίσει ανεξάρτητα την ικανότητα αποικοδόμησης για μια συγκεκριμένη χρήση χωρίς να μεταβάλλει σημαντικά τις ιδιότητες του υλικού.

Η χημική ομοιότητα των πολυμερών σημαίνει ότι, σε αντίθεση με πολλά σημερινά πλαστικά, μπορούν να αναμειχθούν μεταξύ τους για να δώσουν υλικά με συγκρίσιμες ή βελτιωμένες ιδιότητες.

Ο Δρ Josh Worch, από το Birmingham’s School of Chemistry, και συν-συγγραφέας στην έρευνα, είπε: «Η ικανότητα ανάμειξης αυτών των πολυμερών μεταξύ τους για τη δημιουργία χρήσιμων υλικών, προσφέρει ένα σαφές πλεονέκτημα στην ανακύκλωση, η οποία συχνά έχει να κάνει με μικτές τροφές .”

Ο Δρ. Connor Stubbs, επίσης από τη Σχολή Χημείας του Μπέρμιγχαμ, πρόσθεσε: “Τα πλαστικά με βάση τη βενζίνη είχαν δεκαετίες έρευνας, επομένως το να τα καλύψουμε είναι μια τεράστια πρόκληση. Μπορούμε να δούμε τις μοναδικές δομές και σχήματα που έχει να προσφέρει η βιολογία για να δημιουργήσει πολύ καλύτερα πλαστικά με την ίδια έκταση ιδιοτήτων που μπορούν να προσφέρουν τα σημερινά εμπορικά πλαστικά».

Ο καθηγητής του Πανεπιστημίου Duke, Δρ. Μάθιου Μπέκερ, δήλωσε: «Τα ευρήματά μας αποδεικνύουν πραγματικά πώς η στερεοχημεία μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως κεντρικό θέμα για τον σχεδιασμό βιώσιμων υλικών με πραγματικά πρωτοφανείς μηχανικές ιδιότητες».

Ο καθηγητής Andrew Dove, ο οποίος ηγήθηκε της ερευνητικής ομάδας από το Μπέρμιγχαμ, σημείωσε: “Αυτή η μελέτη δείχνει πραγματικά τι είναι δυνατό με τα αειφόρα πλαστικά. Ενώ πρέπει να κάνουμε περισσότερη δουλειά για να μειώσουμε το κόστος και να μελετήσουμε τις πιθανές περιβαλλοντικές επιπτώσεις αυτών των υλικών, μακροπρόθεσμα είναι πιθανό ότι αυτού του είδους τα υλικά θα μπορούσαν να αντικαταστήσουν τα πλαστικά που προέρχονται από πετροχημικά και δεν αποικοδομούνται εύκολα στο περιβάλλον».

Μια κοινή αίτηση διπλώματος ευρεσιτεχνίας έχει κατατεθεί από το University of Birmingham Enterprise και το Duke University. Οι ερευνητές αναζητούν τώρα βιομηχανικούς εταίρους που ενδιαφέρονται να αδειοδοτήσουν την τεχνολογία.