Přidání aditiv do plastů usnadní recyklovat jejich odpad

Překypující skládky, moře a oceány plné baravných plastových řek. Taková je bilance lidského pokroku. Co s tím vším? Recyklace je složitá. Proč? Kde udělali výrobci plastů chybu? Dobrou, ne-li skvělou zprávou je, že vědci přišli s novou metodou, jak plasty od základu předělat.

Chemici z Národní laboratoře v Oak Ridge našli způsob, jak úpravou polymerů vyřazených plastů vytvoří nové makromolekuly s hodnotnějšími vlastnostmi, než má výchozí materiál.

Vynález ORNL může změnit osud plastů v životním prostředí. Stačí k tomu přeskupení polymerních stavebních bloků tak, aby byly přizpůsobené vlastnosti plastů. Molekulární podjednotky se spojují a vytvářejí polymerní řetězce, které se mohou spojovat prostřednictvím svých páteří a zesíťovaných molekul za vzniku víceúčelových plastů. Složení polymerních řetězců určuje, jak pevné, tuhé nebo žáruvzdorné tyto plasty budou.

Vědci precizně upravili komoditní polymery, které významně přispívají k plastovému odpadu. V některých experimentech pracovali s měkkým polybutadienem, který je běžný v pneumatikách. V dalších experimentech pracovali s houževnatým akrylonitrilbutadienstyrenem, materiálem z plastových hraček, počítačových klávesnic, ventilačních trubek, ochranných pokrývek hlavy, obložení a lišt ve vozidle a kuchyňských spotřebičů.

Rozpouštění odpadních polymerů je prvním krokem při vytváření přídavných přísad pro syntézu polymerů. Vědci rozdrtili syntetický nebo komerční polybutadien a akrylonitrilbutadienstyren a ponořili materiál do rozpouštědla, dichlormethanu, aby provedli chemickou reakci při nízké teplotě (40 stupňů Celsia) po dobu kratší než dvě hodiny.

Molekulární stavební bloky základního řetězce polymeru obsahují funkční skupiny nebo shluky atomů, které slouží jako reaktivní místa pro modifikaci. Je pozoruhodné, že dvojné vazby mezi uhlíky zvyšují šance na chemické reakce, které umožňují polymeraci. Uhlíkový kruh se otevírá na dvojné vazbě a vytváří polymerní řetězec, který roste, jak každá funkční polymerní jednotka přímo vklouzne dovnitř, čímž se šetří materiál. Plastová přísada také pomáhá kontrolovat molekulovou hmotnost syntetizovaného materiálu a tím i jeho vlastnosti a výkon.

Pokud by se tato strategie syntézy materiálů mohla rozšířit na širší škálu průmyslově důležitých polymerů, pak by se mohla ukázat jako ekonomicky životaschopná cesta pro opětovné použití výrobních materiálů, které lze dnes použít pouze v jediném produktu. Upcyklované materiály mohou být například měkčí a pružnější než původní polymery nebo se snadněji tvarují a tvrdnou.

Vědci recyklovali plastový odpad pomocí dvou procesů v tandemu. Oba jsou typy metateze, což znamená změnu místa. Dvojné vazby se lámou a tvoří mezi atomy uhlíku, což umožňuje výměnu podjednotek polymeru.

Jeden proces, nazývaný polymerace metateze s otevřením kruhu, otevírá uhlíkové kruhy a prodlužuje je do řetězců. Druhý proces, nazývaný křížová metateze, vkládá řetězce polymerních podjednotek z jednoho polymerního řetězce do druhého.

Tradiční recyklace nedokáže zachytit hodnotu vyřazených plastů, protože znovu využívá polymery, které se degradací stávají méně hodnotnými při každém roztavení a opětovném použití. Naproti tomu inovativní upcyklace ORNL využívá stávající stavební bloky k začlenění hmoty a vlastností odpadního materiálu a poskytuje přidanou funkčnost a hodnotu.

V této animaci jsou polymery vyřazených plastů upravené tak, aby generovaly makromolekuly, které lze znovu použít v jiných produktech. Složení polymerních řetězců určuje vlastnosti výsledných plastů. Kredit: Jacquelyn DeMink/ORNL, Ministerstvo energetiky USA

„U těchto odpadních plastů bude nutné určité předzpracování, které musíme ještě zjistit,“ řekl Foster.

Zdroj: Národní laboratoř Oak Ridge