Design of sustainable polymer networks for advanced applications based on dynamic covalent bonds

Nieuwe veelzijdige polymeren zijn stabiel en recyclebaar

Synthetische polymeren zijn een van de belangrijkste uitvindingen van de mensheid. Ze zijn onder te verdelen in twee basiscategorieën: thermoplasten en thermoharders. Thermoplasten zijn lineaire polymeerketens met het vermogen om bij hoge temperaturen opnieuw te worden verwerkt. Thermohardende polymeren daarentegen zijn opgebouwd uit chemisch verknoopte netwerken. Vanwege hun verschillende topologische structuur presteren thermoharders voor wat betreft de vormstabiliteit en kruipweerstand gewoonlijk beter dan thermoplasten, maar zijn minder goed opnieuw te verwerken en te recyclen.

De ontwikkeling van covalente combinatorische chemie heeft geresulteerd in vitrimeren, een groep van dynamische polymeernetwerken, die voor het eerst zijn geïntroduceerd door Leibler et al. in 2011. Als een klasse van nieuwe covalente associatieve netwerken (CAN's) bieden vitrimeren een oplossing om het beste van beide werelden te combineren. Door een geschikte transveresteringskatalysator toe te voegen aan op polyester gebaseerde epoxyharsnetwerken, ontstaat in de permanente netwerken een geleidelijke viscositeitsafname bij verwarmen, vergelijkbaar met glasachtig silica. Daarom is de term "vitrimeer" bedacht.

In het afgelopen decennium hebben vitrimeren veel aandacht getrokken vanwege hun recyclebaarheid, maar dit zou niet alleen beperkt moeten blijven tot het recyclen van thermoharders in traditionele kunststoftoepassingen, zoals verpakking, gieten en constructie. Daarom heeft Chongnan Ye een bibliotheek van deze duurzame dynamische polymeernetwerken ontwikkeld voor geavanceerde toepassingen. Vanwege de synergie van dynamische covalente bindingsuitwisselingsreacties en gebruikte functiegroepen heeft hij een reeks nieuwe vitrimeren gecreëerd voor verschillende toepassingen, waaronder waterzuivering, bewegingsmonitoring, energiewinning en zelfhelende 3D-prints.

Chongnan Ye verrichtte zijn promotieonderzoek bij de afdeling Macromolecular Chemistry and New Polymeric Materials van het Zernike Institute for Advanced Materials met financiering via een beurs van de RUG. Hij werkt hier nu als postdoc.

Een deel van het onderzoek van Chongnan Ye leidde tot een toepassing die is verkozen tot Beste Tech Idee door het wetenschapsblad KIJK. Zie ook: Recyclebare membraan van bioplastic haalt olie uit water 

Proefschrift: http://hdl.handle.net/11370/9baf6a2b-bb3a-4b53-a219-71b0007f57c1