Новый процесс переработки дает старому пластику новую жизнь: исследователи разрушают и восстанавливают полиуретан, чтобы сделать новый пенопласт

29 августа 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Северо-Западного университета

Полиуретановые пластики распространены повсеместно: от матрасов до обуви. Но как только эти продукты перестают быть нужными, эти материалы засоряют свалки и океаны по всему миру.

Теперь группа исследователей из Северо-Западного университета разработала новый метод переработки пенополиуретана, одного из наиболее распространенных типов пластика, в котором используются нетоксичные, более экологичные катализаторы, как описано в статье, опубликованной 27 августа в журнале Macromolecules.

Процесс включает в себя химические реакции, которые одновременно перерабатывают и «вспенивают» полиуретан после нагревания в присутствии катализатора на основе циркония и введения пенообразователя. Переработанный пенопласт сохранил свою долговечность, структурную и химическую целостность. Этот процесс описан в соответствующей статье, опубликованной ранее в этом месяце в журнале Advanced Materials.

Уильям Диктел, профессор химии имени Роберта Л. Летсингера в Вайнбергском колледже искусств и наук Северо-Западного университета, возглавил исследовательскую группу и назвал прорывное открытие «большим шагом вперед». Когда производятся пластмассы с круговым жизненным циклом, они становятся важной частью экономики будущего.

«Типы полимеров, для которых требуется такой каталитический подход, называются термореактивными или сшитыми полимерами», — сказал Дихтель, сотрудник факультета Института устойчивого развития и энергетики Паулы М. Триененс Северо-Западного университета. «Термореактивные материалы важны из-за их превосходной долговечности и стабильности, но эти свойства достигаются за счет возможности вторичной переработки. Новые методы переработки термореактивных материалов сократят выбросы парниковых газов, сэкономят энергию и уменьшат использование свалок».

Этот «круговой жизненный цикл» относится к материалам, которые перерабатываются или восстанавливаются с минимальной потерей качества и ценности, а не используются один раз и выбрасываются или уничтожаются.

Традиционная переработка полимерного пластика включает в себя плавление пластика и последующую отливку его для нового использования. Но более прочные пластики, такие как полиуретаны, используемые в изоляции из напыляемой пены, в салонах автомобилей и в одежде, не плавятся из-за своей сшитой структуры.

Дихтель и его команда разработали метод переработки и изменения формы существующих изделий из пенополиуретана путем включения в материал катализатора на основе циркония после его измельчения на более мелкие кусочки с помощью кухонного блендера. Ранее для этого процесса они использовали катализаторы на основе олова, но эти катализаторы слишком токсичны, чтобы их можно было исследовать дальше.

Когда полиуретан нагревается, циркониевый катализатор перестраивает свои связи и позволяет изменить форму материала. В то же время вещество, называемое пенообразователем, создает новые пузырьки газа, которые задерживаются внутри пластика. Таким образом, старый пенополиуретан, обычно используемый только один раз, превращается в новый пенопласт измененной формы.

Открытие основано на предыдущих исследованиях Дихтеля, которые нашли способ переработки пенополиуретана в твердые пластмассы. Эти результаты стали важным шагом на пути к круглой форме полиуретана; однако изделия из твердого пластика, произведенные в ходе исследования, не используются в коммерческих целях. Возможность переработки одного пенопласта в другой пеноматериал стала гораздо более важной для проектов, что стало возможным благодаря ключевому сотрудничеству с учеными из BASF, крупного производителя полиуретана.

Согласно исследованию, последствия новой технологии глобальны. Открытие может быть применено к бывшим в употреблении изделиям из пенополиуретана или неиспользованным промышленным отходам пластика.