Bu Doğal Molekülle Tamamıyla Geri Dönüştürülebilen Polimerler Üretilebiliyor

Fotoğraf: University of Groningen’den (Hollanda) ve Şangay’daki East China University of Science and Technology’den (ECUST) bilim insanları, doğal bir molekül olan lipoik asitten farklı polimerler ürettiler.

Plastik, çağdaş zamanların en başarılı malzemelerinden biridir. Ancak, beraberlerinde büyük bir atık sorununa da sebep olurlar. University of Groningen’den (Hollanda) ve Şangay’daki East China University of Science and Technology’den (ECUST) bilim insanları, doğal bir molekül olan lipoik asitten farklı polimerler ürettiler. Bu polimerler, hafif olan koşullarda kolayca depolimerize edilebiliyorlar. Monomerlerin yaklaşık %87’si saf hallerinde geri kazanılabiliyor ve işlem görmemiş kalitedeki yeni polimerler elde etmek için yeniden kullanılabiliyor. Proses, 4 Şubat’ta Matter dergisinde yayınlanan bir makalede ayrıntılarıyla anlatılıyor.

Plastiklerin geri dönüştürülmesi aşamasında karşılaşılan sorunlardan biri de işlemin genellikle daha düşük kaliteli bir ürünle sonuçlanmasıdır. En iyi sonuçlar, polimerlerin monomerlere parçalandığı kimyasal geri dönüşüm ile elde ediliyor. Ancak, bu depolimerizasyon prosesi genellikle başarılması çok zor olan bir proses. Bilim insanları, University of Groningen ve ECUST arasındaki bir iş birliği olan Feringa Nobel Prize Scientist Joint Research Center’da, hafif olan koşullarda oluşturulabilen ve tamamıyla depolimerize edilebilen bir polimer geliştirdiler.

Mükemmel Bir Yapı Taşı

University of Groningen’de Organik Kimya Profesörü olan Ben Feringa, “Doğal bir molekül olan lipoik asitten oldukça kontrollü bir şekilde polimer üretmenin bir yolunu keşfettik,” diyor. “Lipoik asit, güzel bir molekül ve doğada oluşmuş mükemmel bir yapı taşıdır.” Molekül, sülfür-sülfür bağı içeren bir halka yapısına sahip. Bu bağ koptuğunda, sülfür atomları başka bir monomerinkilerle reaksiyona girebiliyor. “Bu proses önceden de biliniyordu, fakat biz onu kontrol etmenin ve uzun polimerler oluşturmanın bir yolunu bulmayı başardık.”

Elastik Malzeme

Molekül, aynı zamanda metal iyonlarıyla kolayca reaksiyona girebilen bir karboksil grubuna sahip. Karboksil grupları polimerlerler arasında çapraz bağ oluşturabilirler ve bu işlemin sonucunda elastik bir malzeme oluşur. Molekülün suda sodyum hidroksit ile çözülmesi ve sonrasında suyun buharlaştırarak uzaklaştırılmasıyla, iyonik bağlarla daha sağlam bir polimer film üretilir. Polimerizasyon tersinir bağlarla gerçekleştirildiği için, malzeme aynı zamanda kendi kendini onarıyor. Feringa bu durumu şu şekilde açıklıyor: “Malzeme kesildiğinde iki ucu birbirine bastırmanız yeterlidir, sonrasında birkaç dakika içinde yeniden bağlanırlar.”

Tersinir Polimerizasyon

Materials dergisinde yer alan çalışmanın büyük bölümü, ilk önce Şangay’daki ECUST’ta doktora öğrencisi olarak, daha sonrasında University of Groningen’de doktora sonrası araştırmacı olarak çalışan Qi Zhang tarafından yürütüldü. Zhang, “Lipoik asit, hoş bir yapıya sahip doğal ve küçük bir moleküldür,” diyor. “Tam olarak tersinir bir polimerizasyon prosesi gerçekleştirmek için, yorucu bir süreç olan, monomeri yeniden tasarlama sürecine girmemiz gerekmedi.” Polimerleri sodyum hidroksite maruz bırakarak polimerler monomerlere dönüştürülebilirler. “Biraz asidin eklenmesiyle monomerler çökelir ve yeniden kazanılabilirler. Bu geri dönüştürülmüş monomerlerin kalitesi orijinal malzemeyle aynıdır.”

Kaliteden Ödün Vermeden Geri Dönüşüm

Feringa, “Deneylerimiz bu monomerlerle nelerin yapılabileceğini gösteriyor,” diye ekliyor. “Hatta, kalite kaybı yaşamadan malzemeyi birkaç kez monomerlere dönüştürebiliyoruz.” Ancak, bu yeni üretilen polimerin endüstriyel uygulamaları henüz kullanılmıyor. Feringa, “Şu sıralar, farklı yeni işlevlere sahip polimerler elde etmek ve polimerizasyon ve depolimerizasyon proseslerini daha iyi anlamak için deneyler yapıyoruz.” diyor. Ayrıca, bu işlemle monomerlerin %87’sinin geri kazanılabilmesine rağmen, bilim insanları mümkün olduğunca %100’e, tam verime, yaklaşmak istiyorlar. Feringa, “Yaptığımız deneyler, kontrollü bir şekilde, tam olarak depolimerize edilebilen sert ve yumuşak, elastik polimerler üretebileceğimizi gösteriyor,” şeklinde özetliyor. “Bu molekül gerçekten umut vadedici.”

Kaynak: phys.org