Voor het eerst lukt het om vanuit een gamma-butyrolactonstructuur iets chemisch recyclebaars te maken dat een redelijk alternatief zou kunnen vormen voor bestaande plastics. Eugene Chen en collega’s van Colorado State University presenteerden het recept vorige week in Science.

Chemisch recyclebaar wil daarbij zeggen dat de polymeerketens uiteenvallen in de oorspronkelijke bouwstenen wanneer je ze blootstelt aan een hogere temperatuur dan gebruikelijk, al dan niet met een katalysator er bij. Om verse kunststof te maken, ontdoe je die bouwstenen van verontreinigingen en polymeriseer je ze opnieuw. Als het goed is krijg je dan weer precies dezelfde kwaliteit kunststof. Bij omsmelten, de enige bruikbare recycling-methode voor klassieke kunststoffen, gaat die kwaliteit elke keer een beetje achteruit.

Eind 2015 meldde Chen in Nature Chemistry dat γ-butyrolacton, beter bekend als de grondstof voor GHB, zich hier voor leent. Die stof gold als onpolymeriseerbaar: om er een keten van te maken moet je eerst de ring openen, en die is daar eigenlijk veel te stabiel voor. Maar Chen vond een organolanthaanverbinding die hem wel degelijk open kreeg, mits je de temperatuur verlaagde tot -40 °C.

Dat diezelfde katalysator het polymeer bij kamertemperatuur weer net zo hard uit elkaar liet vallen, was thermodynamisch gezien niet zo’n wonder. Zonder katalysator moest je het hiervoor verhitten tot 220 °C, wat pleitte voor de praktische bruikbaarheid. Maar de mechanische eigenschappen waren niet geweldig, en bovendien is polymerisatie bij -40 °C niet iets dat je gemakkelijk op industriële schaal kunt doen.

Chen heeft er nu iets op bedacht: een tweede cyclohexylring op het γ-butyrolacton zetten die de andere ring dusdanig destabiliseert dat diverse yttrium-, lanthaan- en zinkcomplexen de polymerisatie nu ook bij kamertemperatuur voor elkaar krijgen. De grondstof, aangeduid als 3,4-T6GBL, is dan vloeibaar dus je kunt werken zonder oplosmiddel, wat de kunststof alleen maar ‘groener’ maakt. Afhankelijk van het exacte recept blijkt een deel van de polymeerketens ringen te vormen (op de afbeelding links) doordat beide uiteinden met elkaar reageren - heel toepasselijk voor de circulaire economie.

Er weer ‘maagdelijk’ 3,4-T6GBL van maken kan nog steeds. Zonder katalysator valt het bij 300 °C pas uit elkaar maar met een beetje zinkchloride als katalysator blijkt 120 °C al voldoende.

En de materiaaleigenschappen omschrijft Chen nu als ‘useful’.

Of het nu allemaal echt geschikt is voor grootschalige toepassing, zal de tijd moeten leren.

bron: Colorado State University