Rekayasa regangan cincin yang cerdik menciptakan polimer yang dapat didaur ulang tanpa batas – tetapi apakah mereka siap bersaing dengan plastik komersial? | Riset

Rekayasa regangan cincin yang cerdik menciptakan polimer yang dapat didaur ulang tanpa batas – tetapi apakah mereka siap bersaing dengan plastik komersial?  |  Riset post thumbnail image

Diskon menarik Data SGP 2020 – 2021.

Polimer yang dapat didaur ulang secara kimiawi dengan stabilitas termal yang sebanding dengan plastik komersial telah dibuat oleh para ilmuwan di AS. Bahan-bahannya dapat dipecah menjadi blok-blok penyusunnya dan kemudian dipasang kembali menjadi plastik baru berkali-kali – sebuah mimpi untuk plastik berkelanjutan, meskipun realitas komersialnya mungkin masih jauh.

Kunci untuk mengubah plastik biasa menjadi plastik yang dapat didepolimerisasi adalah dengan menyempurnakan regangan cincin monomer siklooktena. ‘Dipandu oleh perhitungan kimia kuantum, kami menemukan bahwa memasang cincin beranggota empat tambahan di sikloalkena beranggota delapan akan berhasil,’ kata Junpeng Wang dari Universitas Akron, yang memimpin penelitian. Bahan timnya stabil hingga 370 ° C dan memiliki sifat mekanik yang dapat disesuaikan.

Tim membuat bahan melalui polimerisasi metatesis pembukaan cincin (Romp) dari siklookten dengan a trans-siklobutana ditempatkan pada posisi 5,6. ‘Polimer kejar-kejaran telah terbatas pada sikloalkena beranggota lima karena mereka memiliki regangan cincin yang lebih rendah,’ jelas Wang. ‘Kelemahan polimer ini adalah bahwa mereka hanya dapat mengakses bahan karet tetapi bukan bahan plastik. Kami mencoba menemukan sikloalkena yang memiliki regangan cincin serupa tetapi juga memungkinkan kami mengakses bahan yang lebih luas.’

Skema yang menunjukkan reaksi polimerisasi dan depolimerisasi

Wang menunjukkan bahwa monomer mereka disiapkan dalam satu langkah menggunakan bahan yang tersedia berlimpah. ‘Grup fungsional pada polimer dapat diubah dengan menggunakan bahan baku yang berbeda, sehingga sifat dapat disetel agar sesuai dengan kebutuhan yang berbeda.’

‘NS [researchers] telah mengidentifikasi kimia menarik yang memanfaatkan termodinamika polimerisasi kesetimbangan – khususnya regangan cincin – untuk memungkinkan monomer berpolimerisasi dan depolimerisasi secara efektif,’ komentar Justin Kennemur di Florida State University, AS. Dia mengatakan bahwa rute tersebut merupakan tambahan yang bagus untuk konsep yang berkembang dalam daur ulang plastik yang dikenal sebagai daur ulang kimia menjadi monomer (CRM) – mengubah polimer kembali menjadi bahan baku kimianya alih-alih menggiling atau melelehkan plastik bekas secara mekanis menjadi bentuk baru.

Meskipun sifat fisik polimer yang dapat didaur ulang secara kimia biasanya tidak cocok dengan plastik tradisional, Wang mengatakan bahwa dalam kasus ini memang demikian. ‘Material kami hanya terdepolimerisasi dengan adanya katalis. Tanpa itu, mereka sangat stabil dan dapat menahan kondisi yang keras seperti panas, asam dan basa.’ Dia menjelaskan bahwa ikatan rangkap di tulang punggung polimer secara selektif mengikat katalis, memungkinkan untuk ‘menggigit’ bahan menjadi potongan-potongan kecil.

Bersaing dengan plastik komersial

Yutan Getzler dari Kenyon College di AS, yang menulis tentang pekerjaan Wang untuk Kimia Alam, menyebut hasilnya ‘menarik’, terutama pendekatan tim untuk memahami jenis molekul apa yang dapat bekerja untuk proses ini. ‘Kami saat ini menggunakan bahan yang kami buat secara tidak sengaja,’ katanya. ‘Mereka tidak dirancang sama sekali dengan perasaan bahwa akan ada kebutuhan untuk menggunakan kembali atau mendaur ulangnya.’

‘Dari data karakterisasi awal, sifat termomekanis tampak hebat dibandingkan dengan polistirena,’ tambah Getzler. ‘Dalam hal kemudahan daur ulang, saya akan meletakkannya di tengah kemasan.’

Wang berpikir bahwa polimer seperti miliknya suatu hari nanti dapat menggantikan beberapa plastik saat ini, meskipun sejumlah ilmuwan polimer Dunia Kimia berbicara kepada mengatakan bahwa biaya tinggi monomer mungkin membuat sulit bagi mereka untuk bersaing di pasar. ‘Persiapannya saat ini dalam skala laboratorium, tetapi saya percaya bahwa melalui pengoptimalan, biaya monomer dapat dikurangi ke tingkat yang dapat diterima untuk produksi skala besar,’ bantah Wang. ‘Masih akan sulit untuk bersaing dengan polimer komersial, tetapi daur ulang dan penggunaan kembali monomer bernilai tinggi akan membantu mengurangi biaya keseluruhan dalam jangka panjang.’

Getzler sangat antusias dengan kemungkinan yang dapat ditawarkan CRM untuk mengatasi krisis plastik. Tapi dia setuju bahwa masih ada jalan panjang sebelum pendekatan semacam ini bisa sampai ke tahap konsumen. ‘Secara realistis, kami melihat proses 15-20 tahun untuk menemukan apa yang akan menjadi bahan pengganti yang baik untuk poliolefin warisan.’

Kennemur mengakui bahwa biaya merupakan kendala utama. ‘Lebih banyak dukungan dan upaya dalam penelitian diperlukan untuk membawa sistem baru lebih dekat ke kenyataan, tapi saya pikir itu akan sangat menarik jika kita bisa membuatnya bekerja.’ Getzler menambahkan bahwa ‘ilmuwan polimer berorientasi penemuan akademis dapat – dan harus – mulai lebih teratur menggunakan alat-alat seperti penilaian siklus hidup dan analisis teknoekonomi untuk lebih menentukan apakah bahan bukti konsep awal harus dikejar lebih agresif’.

‘Seperti halnya pemanasan global, saya percaya hambatan terbesar untuk solusi yang akan menjangkau konsumen adalah lingkungan peraturan dan adaptasi infrastruktur yang ada,’ Getzler menunjukkan. ‘Saya akui bahwa ini mendorong tanggung jawab untuk ini ke area di luar keahlian saya, tetapi ilmuwan polimer hanya dapat memecahkan sebagian dari teka-teki.’

‘Ini adalah tantangan multi-tingkat,’ kata Kennemur. ‘Tetapi jika dilakukan dengan benar, itu bisa mengubah permainan untuk ekonomi plastik sirkular.’

Related Post