Witrimery to nowa klasa materiałów polimerowych, które mogłyby być przyjaźniejszą dla środowiska i ludzi alternatywą dla tworzyw sztucznych. Nad sposobem ich otrzymywania z surowców odnawialnych pracuje polsko-czeski zespół naukowców.
Od opakowań, przez części samochodowe, materiały budowlane, aż po sprzęt medyczny – tworzywa sztuczne są wszechobecne. Ich ogromna popularność ma jednak ciemne strony: stale rosnącą ilość odpadów i poważne trudności w ich efektywnym recyklingu. Rodzi to pilną potrzebę opracowania nowej generacji polimerów o cechach łączących najlepsze właściwości tworzyw sztucznych.
Większość obecnie stosowanych tworzyw dzieli się na dwie główne grupy. Termoplasty, choć łatwe w recyklingu, mają ograniczoną odporność na wysokie temperatury i agresywne środowiska chemiczne. Z kolei termo/chemoutwardzalne, jak epoksydy czy różne elastomery, są wyjątkowo trwałe i odporne, ale ich usieciowana struktura uniemożliwia ich ponowne przetworzenie po użyciu, w stanie stopionym. Przyszłością mogą być witrimery – nowa klasa materiałów polimerowych, które łączą najlepsze cechy obu tych grup. Mogą być poddawane recyklingowi jako termoplasty, a przy tym zachowają korzystne właściwości usieciowanych termoutwardzalnych tworzyw sztucznych, czyli wysoką odporność chemiczną i temperaturową, stabilność wymiarową itp. – tłumaczy dr hab. inż. Szczepan Bednarz z Wydziału Inżynierii i Technologii Chemicznej Politechniki Krakowskiej w wywiadzie udzielonym uczelnianemu portalowi.
Badacz przypomina, że witrimery nie są nową koncepcją, ich odkrycie miało miejsce na początku poprzedniej dekady i od tamtej pory chemicy stosują ten pomysł dla różnych monomerów, katalizatorów czy polimerów.
Dodaje, że witrimery to polimery, które są kowalencyjnie usieciowane, ale w odróżnieniu od tradycyjnych termoutwardzalnych tworzyw, ich struktura sieciowa może ulegać dynamicznym zmianom pod wpływem podwyższonej temperatury. W procesie tym wiązania chemiczne w materiale „wymieniają się” bez zmniejszenia stopnia usieciowania. W efekcie, jak przyznaje, witrimery mogą być recyklingowane w stanie stopionym, zachowując, po ochłodzeniu, swoje doskonałe właściwości mechaniczne, chemiczne i termiczne.
Można więc powiedzieć, że to materiały organiczne, które zachowują się podobnie jak szkło. Nasz projekt dotyczy ich otrzymywania i badania ich właściwości. Chcemy otrzymywać je z surowców odnawialnych, tj. substancji chemicznych pochodzenia biologicznego/biotechnologicznego – wyjaśnia naukowiec.
I przedstawia plan działań – naturalny kwas itakonowy, izosorbid i terpeny zostaną przekształcone w monomery, które następnie będą wykorzystane do syntezy polimerów. Dzięki temu opracowane materiały będą nie tylko recyklingowalne, ale również bardziej przyjazne dla środowiska na etapie produkcji. Wyzwaniem dla naukowców jest zaprojektowanie i otrzymanie odpowiednich struktur oraz opracowanie sposobu efektywnego recyklingu tych materiałów. Nowe witrimery mogą znaleźć zastosowanie w wielu dziedzinach – od motoryzacji, budownictwa i opakowań, aż po biomedycynę.
Poprzez wykorzystanie biopochodnych surowców do syntezy witrimerów nadających się do recyklingu, możliwe jest stworzenie nowych i innowacyjnych materiałów, które będą zarówno przyjazne dla środowiska, jak i ekonomicznie opłacalne w produkcji. To może się przyczyniać do rozwoju gospodarki o obiegu zamkniętym, a przez to do zapewnienia lepszej przyszłości dla nas wszystkich – zaznacza dr hab. inż. Szczepan Bednarz.
I od razu podaje konkretne przykłady: samochodowe części konstrukcyjne, które po zakończeniu cyklu życia mogą zostać w pełni przetworzone na nowe elementy, lub ekologiczne opakowania, które nie będą zaśmiecać planety przez setki lat.
Dzięki zastosowaniu surowców biopochodnych i możliwości recyklingu, powstające materiały mogą ograniczyć zużycie paliw kopalnych, zmniejszyć emisję gazów cieplarnianych oraz zredukować ilość odpadów trafiających na wysypiska. Liczymy, że postęp naukowy w dziedzinie chemii kowalencyjnych sieci adaptacyjnych uzyskany w ramach naszego projektu doprowadzi do głębszego zrozumienia tych materiałów i ich właściwości – kończy krakowski badacz.
Projekt będzie realizowany we współpracy z Instytutem Chemii Makromolekularnej Czeskiej Akademii Nauk. Jego budżet to prawie 2,5 mln zł, z czego na polską część przeznaczono 1,4 mln zł. Jego zakończenie zaplanowano na 2027 rok.
źródło: PK