Un polimero che può essere scomposto nei suoi elementi costitutivi molecolari, che può quindi essere ricombinato mediante riscaldamento o raffreddamento, ma con meccanismi diversi in ciascun caso, è stato sviluppato dai chimici RIKEN. Ciò potrebbe portare a plastiche intrinsecamente riciclabili e sostenibili che depolimerizzano su richiesta.

I polimeri sono molecole a catena lunga formate collegando lunghe stringhe di piccole molecole chiamate monomeri. Nei polimeri convenzionali, i monomeri si connettono tramite legami covalenti. Perché questi legami sono così forti, è estremamente difficile recuperare il monomero alla fine della vita utile di una plastica.

Takuzo Aida del RIKEN Center for Emergent Matter Science ha sviluppato polimeri supramolecolari, in cui i monomeri si connettono tramite interazioni non covalenti facilmente reversibili.

"Inizialmente volevamo solo sintetizzare un polimero supramolecolare termicamente stabile utilizzando un monomero a forma di disco con otto unità ammidiche che si legano all'idrogeno nelle sue catene laterali, " dice Aida. Un team che includeva i suoi ex colleghi Venkat Rao e Daigo Miyajima ha sviluppato un monomero a base di porfirina che forma un polimero stabile in solventi idrocarburici, ma che si depolimerizza facilmente con l'aggiunta di un alcol, che ha interrotto i legami idrogeno che tengono insieme il polimero.

Come previsto, questa miscela depolimerizzata ripolimerizza per raffreddamento. "Ma con nostra grande sorpresa, la miscela depolimerizzata ripolimerizza anche per riscaldamento, "Ricorda Aida.

Per indagare su questo fenomeno insolito, il gruppo RIKEN ha collaborato con il gruppo di E. W. "Bert' Meijer presso la Eindhoven University of Technology, Paesi Bassi, dove Mathijs Mabesoone aveva sviluppato un metodo computazionale per analizzare la polimerizzazione supramolecolare.

L'analisi ha rivelato processi concorrenti in gioco. Al raffreddamento, le otto molecole di alcol complessanti a ciascun monomero sono diminuite contemporaneamente per consentire la ripolimerizzazione. Se la miscela depolimerizzata è stata riscaldata, però, le molecole di alcol cadevano una ad una.

"Prima dell'analisi computazionale, nessuno di noi aveva previsto che fosse in funzione un meccanismo di decomplessazione così interessante, " Dice Meijer. "Processi molecolari così complessi e competitivi sono un elemento chiave della biologia, ma solo recentemente sono stati riconosciuti nella chimica supramolecolare. Il nostro polimero è quindi un passo verso la chiusura del divario tra sistemi sintetici e naturali".

La scoperta potrebbe portare allo sviluppo di polimeri supramolecolari molto stabili nell'uso, ma altamente dinamico quando il materiale deve essere riciclato.

Potrebbe anche rendere meno energivoro l'elaborazione di soluzioni su scala industriale dei polimeri. Le soluzioni polimeriche sono altamente viscose e difficili da lavorare, ma il polimero supramolecolare viene depolimerizzato a temperatura ambiente, e quindi dovrebbe avere una bassa viscosità.

"Ciò potrebbe causare un cambiamento di paradigma nell'industria dei polimeri, " Aida dice. "Il passo successivo è quello di modificare la struttura del polimero per controllare l'intervallo di temperatura non polimerizzabile e per progettare monomeri molto economici".