Un polímero que se puede descomponer en sus componentes moleculares, que luego se puede recombinar por calentamiento o enfriamiento, pero por diferentes mecanismos en cada caso, ha sido desarrollado por químicos de RIKEN. Esto podría conducir a plásticos intrínsecamente reciclables y sostenibles que se despolimerizan bajo demanda.

Los polímeros son moléculas de cadena larga formadas al conectar largas cadenas de pequeñas moléculas llamadas monómeros. En polímeros convencionales, los monómeros se conectan a través de enlaces covalentes. Porque estos lazos son tan fuertes, es extremadamente difícil recuperar el monómero al final de la vida útil de un plástico.

Takuzo Aida en el Centro RIKEN para Ciencias de la Materia Emergente ha estado desarrollando polímeros supramoleculares, en el que los monómeros se conectan a través de interacciones no covalentes fácilmente reversibles.

"Inicialmente solo queríamos sintetizar un polímero supramolecular térmicamente estable utilizando un monómero en forma de disco que tuviera ocho unidades de amida de enlace de hidrógeno en sus cadenas laterales, "Dice Aida. Un equipo que incluía a sus antiguos colegas Venkat Rao y Daigo Miyajima desarrolló un monómero a base de porfirina que formaba un polímero estable en solventes de hidrocarburos, pero que se despolimerizó fácilmente al agregar un alcohol, que rompió los enlaces de hidrógeno que mantenían unido el polímero.

Como se esperaba, esta mezcla despolimerizada se repolimerizó al enfriar. "Pero para nuestra gran sorpresa, la mezcla despolimerizada también se repolimerizó al calentarla, "Recuerda Aida.

Para investigar este fenómeno inusual, el grupo RIKEN se asoció con el grupo de E. W. "Bert 'Meijer en la Universidad Tecnológica de Eindhoven, Los países bajos, donde Mathijs Mabesoone había desarrollado un método computacional para analizar la polimerización supramolecular.

El análisis reveló procesos competitivos en juego. Al enfriarse, las ocho moléculas de alcohol que forman complejos con cada monómero cayeron a la vez para permitir la repolimerización. Si la mezcla despolimerizada se calentó, sin embargo, las moléculas de alcohol cayeron una a una.

"Antes del análisis computacional, Ninguno de nosotros había predicho que un mecanismo de descomplejación tan interesante estuviera funcionando, "Dice Meijer." Estos procesos moleculares complejos y competitivos son un elemento clave de la biología, pero sólo recientemente han sido reconocidos en química supramolecular. Nuestro polímero es, por tanto, un paso hacia el cierre de la brecha entre los sistemas naturales y sintéticos ".

El descubrimiento podría conducir al desarrollo de polímeros supramoleculares que son muy estables en uso, pero muy dinámico cuando el material necesita ser reciclado.

También podría hacer que el procesamiento de soluciones a escala industrial de polímeros requiera menos energía. Las soluciones de polímeros son muy viscosas y difíciles de procesar. pero el polímero supramolecular se despolimeriza a temperatura ambiente, y por lo tanto debe tener una viscosidad baja.

"Esto puede provocar un cambio de paradigma en la industria de los polímeros, "Dice Aida." El siguiente paso es ajustar la estructura del polímero para controlar el rango de temperatura no polimerizable y diseñar monómeros muy baratos ".