Doch diese Robustheit hat einen Nachteil: einmal geformt und ausgehärtet, können sie nicht wieder eingeschmolzen oder recycelt werden.
Seit etwa einem Jahrzehnt wecken adaptive kovalente Netzwerke (CAN) großes Interesse. Diese Kunststoffe der neuen Generation vereinen nämlich die Robustheit von Duroplastmaterialien mit der Möglichkeit, umgeformt und/oder recycelt zu werden. Diese Eigenschaft basiert auf sogenannten "dynamischen" chemischen Bindungen, die sich unter einem Stimulus, beispielsweise Temperatur, lösen und neu bilden können.
Bisher erforderten diese Umlagerungen die Anwesenheit sehr reaktiver chemischer Gruppen im Überschuss, insbesondere schwefelhaltiger Funktionen, sogenannter Thiole. Als Gegenleistung macht dieser Überschuss das Material jedoch anfälliger für "Kriechen", ein Phänomen der langsamen und irreversiblen Verformung unter anhaltender Belastung, das langfristig die Haltbarkeit und mechanischen Eigenschaften des Materials beeinträchtigt.
Um diese Schwierigkeit zu umgehen, haben Wissenschaftler des Laboratoire Softmat (CNRS/Universität Toulouse) eine originelle Strategie entwickelt, die einem molekularen "Schloss" ähnelt. Ihre Idee: die für das Kriechen verantwortlichen überschüssigen Thiolgruppen zeitweise zu maskieren, um ihre Reaktivität bei Gebrauchstemperatur zu verhindern, während die Möglichkeit erhalten bleibt, sie bei Bedarf wieder zu aktivieren.
So gelang es ihnen, die Schwefelatome der Thiolgruppen innerhalb stabiler chemischer Strukturen zu schützen, die die Rolle verschlossener Schlösser spielen. Bei Raumtemperatur verhindern diese Schlösser jede unerwünschte Wechselwirkung zwischen den Schwefelatomen und ihrer Umgebung. Das Material bleibt stabil, widerstandsfähig und wenig anfällig für Kriechen.
Sobald sie erhitzt werden, öffnen sich diese Schlösser allmählich und setzen die Thiolgruppen frei, die dann an den Austauschreaktionen teilnehmen können, die eine Umformung oder ein Recycling des Materials ermöglichen. Diese Strategie erlaubt es somit, die Recycelbarkeit des Materials thermisch zu aktivieren oder zu deaktivieren, während das Kriechen bei Gebrauchstemperatur begrenzt wird.
Dieser Fortschritt, der Gegenstand einer Veröffentlichung in der Fachzeitschrift Polymer Chemistry ist, eröffnet neue Perspektiven für die Entwicklung nachhaltigerer Kunststoffe mit verlängerter Lebensdauer, die gleichzeitig recycelbar bleiben. Darüber hinaus könnte diese Strategie auf die Konzeption von Materialien ausgeweitet werden, die in der Lage sind, ihre Eigenschaften je nach ihren Nutzungsbedingungen anzupassen.