A TTK Anyag- és Környezetkémiai Intézet új kutatása paradigmaváltáshoz vezethet a polimerkémiában.

Tuba Róbert, az ELKH TTK Anyag- és Környezetkémiai Intézet kutatócsoportjának vezetője, nemzetközi együttműködésben, olyan új generációs makrociklusos polimerek szintézisének vizsgálatán dolgozott, amelyek hozzájárulhatnak újszerű, fenntartható, kiváló fizikai tulajdonságokkal rendelkező polimerek kifejlesztéséhez. Ez pedig akár paradigmaváltás is lehet a polimerkémiában.

A gyűrűs (ciklikus) polimerek topológiailag speciális makromolekulák, amelyek fizikai tulajdonságai sok esetben eltérnek lineáris analógjaiktól. A ciklikus topológia miatt ezek a polimerek nem tartalmaznak láncvég-csoportokat, így kémiai stabilitásuk is kiváló. Többek között a makrociklusos polimereket használják kenőanyagok adalékanyagaként. De a kenőanyagok viszkozitása egy természetes folyamat miatt idővel csökken. Ennek fő oka a bennük lévő poli(alfa)olefin-láncok töredezése. Ugyanakkor a ciklikus polimerek láncfelnyitásával hosszú szénláncú polimerfragmentumok keletkeznek, amik kompenzálják a viszkozitás csökkenését és ezáltal meghosszabbítják a kenőanyag élettartamát.

A kutatók a munka során makrociklikus polimereket – elsősorban polipenténamereket – állítottak elő szilíciumhordozós, ruténiumalapú olefinmetatézis-katalizátorokkal, gyűrűexpanziós metatézis polimerizációval (ring expansion metathesis polymerization ‒ REMP). Az eredményt amerikai szabadalom védi (Tuba, R.; Grubbs, R. H. US Patent App. 10,619,003).

A szakirodalom úgy véli, hogy a polipenténamerek (szintetikus gumi alapanyag) fizikai tulajdonságai hasonlóak a természetes gumiéhoz. Általában úgy tartják, hogy a lineáris polimerek végcsoportjaik révén hozzájárulnak a gumiabroncsokban lévő polimerek öregedéséhez, jelentősen csökkentve azok teljesítményét és tartósságát. A ciklikus polimerek várhatóan enyhítik ezeket a problémákat, és javítják a gumiabroncsok teljesítményét, illetve növelik az élettartamát.

Környezetvédelmi szempontból is nagyon fontos, hogy a polipenténamerek – akár lineárisak, akár makrociklusosak – előállíthatók egyensúlyi olefinmetatézis-polimerizációval. Ebbe beletartozik az a lehetőség is, hogy ezek a polimerek, az adott katalizátorrendszer segítségével, nemcsak ciklopenténből építhetők fel, hanem a reakciókörülmények kismértékű változtatásával katalitikusan vissza is bonthatók kiindulási komponenseikre. A kutatásokon alapuló gondos tervezés lehetőséget teremthet olyan nagy teljesítményű gumiabroncsok előállítására, amelyek használat után alkotóelemeikre bonthatók és  újrahasznosíthatók.

A tanulmányban javasolt katalizátorrendszerek kiemelkedő aktivitást mutatnak enyhe reakciókörülmények között. Ezt jól mutatja, hogy egyetlen hordozóhoz kötött katalizátormolekula 415 000 monomer beépítésére képes (TON > 415 000). A katalizátor heterogenizálása miatt a termék ruténiumszennyezése elhanyagolható és a katalizátor is újrahasznosítható. Ezek a tulajdonságok jóval meghaladják azt, amit ma a fenntartható katalízistől elvárunk, ezért lehetséges a paradigmaváltás.