Een nieuwe katalysator kan biologisch afbreekbare kunststoffen maken die zijn afgeleid van hernieuwbare materialen, veelbelovende alternatieven voor kunststoffen op basis van olie.
De enorme schaal van de productie van kunststoffen en de milieugevolgen die gepaard gaan met berging verlichten de grenzen waaraan de planeet kan omgaan met ons huidige "take, make, and dispose" model van resourcebenutting. Biologisch afbreekbare kunststoffen die zijn afgeleid van hernieuwbare bronnen bieden een aantrekkelijk alternatief, maar ze kunnen de prijs en prestaties van aardoliekunststoffen nog niet evenaren.
Zoals bij veel chemische reacties, heeft het maken van biologisch afbreekbare polyesters de hulp van een katalysator nodig - een speciale klasse chemicaliën die de reactiesnelheid verhoogt of over een energieke hindernis duwt. De standaardkatalysatoren die worden gebruikt voor het maken van biologisch afbreekbare kunststoffen zijn op metaalbasis, die moeilijk of duur zijn om uit het uiteindelijke materiaal te verwijderen, en niet afbreken in de omgeving.
De onderzoeksgroep onder leiding van Robert Waymouth van Stanford University en James Hedrick van IBM Research presenteert een alternatieve katalysator gemaakt van gemeenschappelijke organische verbindingen.
De onderzoekers maakten de katalysator door gewone chemische ingrediënten -thioureum te laten reageren met een metaalalkoxide. Het resultaat is een katalysator die zowel snel als selectief is, wat betekent dat hij uitblinkt in het versnellen en vergemakkelijken van reacties en dat hij de vorm of eigenschappen van het resulterende polymeer niet verandert zodra deze is gevormd.
"Hoewel veel katalysatoren snel of selectief zijn, zijn deze beide katalysatoren," zegt Waymouth, hoogleraar in de chemie. "Ze zijn eenvoudig te bereiden, gemakkelijk te gebruiken en kunnen gemakkelijk worden overgenomen door iedereen met een basiskennis van scheikunde."
Naast het verlagen van de kosten en de impact op het milieu, is het nieuwe katalysatorontwerp zeer afstembaar, zegt Waymouth, en kan het worden gebruikt om verschillende soorten kunststoffen te genereren die geschikt zijn voor verschillende functies. Het werk kan polymelkzuur produceren, een commercieel composteerbaar, biologisch afbreekbaar polyester dat wordt gebruikt in wegwerpartikelen, zoals servies, kopjes, borden en vorken. Het heeft ook medische toepassingen voor resorbeerbare hechtdraden, implantaten en stents, evenals biomedische implantaten en materialen voor afgifte van geneesmiddelen. Dagelijkse artikelen zoals voedselverpakking en niet-geweven stoffen zijn ook een mogelijkheid.
Hoewel de resultaten gebaseerd zijn op een decennium aan onderzoek, zijn het slechts de eerste stappen, zeggen de onderzoekers. Omdat deze techniek relatief eenvoudig is en de katalysatoren gemakkelijk kunnen worden gemodificeerd, kunnen deze ontwikkelingen leiden tot nieuwe en algemeen bruikbare klasse katalysatoren - en eveneens nieuwe en bruikbare biologisch afbreekbare kunststoffen - die verder gaan dan wat in dit onderzoek is gepresenteerd.
"Ons katalysatorontwerp is eenvoudig en algemeen en kan niet alleen nuttig zijn voor polymerisatie, maar ook voor een breed scala aan organische reacties", zegt Xiangyi Zhang, de afgestudeerde student van Stanford die het experimenteel werk uitvoerde.
Gedeeltelijke financiering kwam van de National Science Foundation. Het werk verschijnt in Natuurchemie.
Bron: Stanford University
Verwante Boeken
at InnerSelf Market en Amazon
