Большинство пластмасс сопротивляются естественным процессам разложения. Следовательно, растущее загрязнение окружающей среды пластмассами привело к необходимости использования разлагаемых пластмасс.
Такие материалы могут быть подвергнуты процессам химической переработки, в которых химические реакции разрушают полимерные связи. Затем промышленность либо извлекает мономеры и повторно подвергает их полимеризации, либо собирает полученные небольшие молекулы в качестве полезных строительных блоков для дальнейших реакций.
Однако разлагаемые полимеры требуют более сложной конструкции полимера. Связи между полимерными строительными блоками должны быть чувствительны к химической или ферментативной обработке.
Кроме того, экологически безопасные полимеры должны производиться из сырья на биологической основе.
Тэ-Лим Чой и его коллеги из Сеульского национального университета, Южная Корея, нашли способ производить высококачественные полимеры из мономеров на основе ксилозы. Ксилоза – это сахар, содержащийся в стенках растительных клеток.
Используемый ими метод включает получение мономеров на основе ксилозы, включая присоединение линкерных групп, и взаимодействие мономеров в процессе полимеризации, называемом каскадной метатезисной полимеризацией.
Чтобы проверить, разлагаются ли такие пластмассовые материалы, исследователи обработали полимеры на основе ксилозы соляной кислотой, которая обычно применяется в процедурах химической переработки.
Исследователи обнаружили, что способность к разложению зависит от типа связи. Если полимер содержал связь, состоящую из атома углерода, полимер сопротивлялся гидролизу, но связи, образованные атомами азота или кислорода, приводили к немедленному разрушению.
Полимеры со связью на основе азота привели к образованию соединений, называемых пирролами, тогда как те, которые сделаны с кислородом, производили фураны. Пирролы и фураны – широко распространенные природные соединения. Однако исследователи советуют проявлять осторожность: «Известно, что производные фурана обладают широким спектром биологической активности, что следует принимать во внимание при определении областей применения этих полимерных материалов», – заявили они.
В блок-сополимерах разные «блоки» более коротких полимерных нитей прикреплены друг к другу. Соответственно, блок-сополимеры обладают свойствами, вытекающими из свойств отдельных блоков.
Поскольку многие функциональные материалы могут быть изготовлены из блок-сополимеров, авторы проверили, будут ли блок-сополимеры на основе ксилозы, содержащие блоки с неразлагаемыми связями, также разрушаться при обработке кислотой. Они сделали. «Через 24 часа блок, содержащий углеродные связи, также почти полностью разложился на маленькие молекулы, осталось лишь небольшое количество олигомерного материала», – сообщают авторы.
Исследователи также интегрировали в полимеры небольшие репортерные молекулы.
Кислотный гидролиз полимеров с кислородными связями дает производные фурана, которые впоследствии высвобождают пара-нитрофенол в качестве репортерной молекулы. «Этот тип груза позволяет легко количественно оценить выпуск. Однако его можно заменить другими соединениями, которые после высвобождения будут выполнять различные функции », – говорит Чой.