Forskare från National University of Singapore (NUS) har gjort ett betydande bidrag till att lösa den globala frågan om plastavfall, genom att skapa ett sätt att omvandla plastflaskavfall till aerogeler för många användbara applikationer.

Plastflaskor är vanligtvis tillverkade av polyetylentereftalat (PET), som är den mest återvunna plasten i världen. PET-aerogelerna som utvecklats av det NUS-ledda forskarteamet som använder plastflaskavfall – världens första – är mjuka, flexibel, hållbar, extremt lätt och lätt att hantera. De visar också överlägsen värmeisolering och stark absorptionsförmåga. Dessa egenskaper gör dem attraktiva för ett brett spektrum av applikationer, till exempel för värme- och ljudisolering i byggnader, rengöring av oljeutsläpp, och även som ett lätt foder för brandmansrockar och koldioxidabsorptionsmasker som skulle kunna användas under brandräddningsinsatser och brandflykt.

Detta banbrytande arbete åstadkoms av en forskargrupp ledd av docent Hai Minh Duong och professor Nhan Phan-Thien från institutionen för maskinteknik vid NUS tekniska fakultet. Tekniken för att producera PET-aerogeler utvecklades i samarbete med Dr. Xiwen Zhang från Singapore Institute of Manufacturing Technology (SIMTech) under Agency for Science, Teknik och forskning (A*STAR).

Återvinning av plastflaskavfall

Plastavfall är giftigt och ej biologiskt nedbrytbart. Sådant avfall hamnar ofta i hav och deponier, påverkar det marina livet och orsakar problem som grundvattenförorening och markbrist. Globalt, den årliga förbrukningen av plastflaskor har ökat stadigt, och det förväntas överstiga en halv biljon ton per år till 2021.

"Plastflaskavfall är en av de vanligaste typerna av plastavfall och har skadliga effekter på miljön. Vårt team har utvecklat en enkel, kostnadseffektiv och grön metod för att omvandla plastflaskavfall till PET-aerogeler för många spännande användningsområden. En plastflaska kan återvinnas för att producera ett PET-aerogelark i A4-storlek. Tillverkningstekniken är också lätt skalbar för massproduktion. På det här sättet, vi kan hjälpa till att minska de skadliga miljöskador som plastavfall orsakar, " sa professor Duong.

Mångsidiga PET-aerogeler

Forskargruppen tog två år (från augusti 2016 till augusti 2018) att utveckla tekniken för att tillverka PET-aerogeler. Detta arbete publicerades i den vetenskapliga tidskriften Kolloider och ytor A i augusti 2018.

"Våra PET-aerogeler är mycket mångsidiga. Vi kan ge dem olika ytbehandlingar för att anpassa dem för olika applikationer. Till exempel, när de ingår i olika metylgrupper, PET-aerogelerna kan absorbera stora mängder olja mycket snabbt. Baserat på våra experiment, de presterar upp till sju gånger bättre än befintliga kommersiella sorbenter, och är mycket lämpliga för rengöring av oljeutsläpp, " tillade prof Nhan.

Lättare och säkrare brandmansrockar

En annan ny tillämpning är att utnyttja värmeisoleringsegenskaperna hos PET-aerogelerna för brandsäkerhetstillämpningar.

Befintliga brandmansrockar är skrymmande och de används ofta med annan andnings- och säkerhetsutrustning. Detta kan ta hårt på brandmän, speciellt under långa operationer.

Vid beläggning med brandhämmande kemikalier, den nya lätta PET-aerogelen visar överlägsen termisk motståndskraft och stabilitet. Den tål temperaturer på upp till 620 grader Celsius – detta är sju gånger högre än det termiska fodret som används i konventionella brandmansrockar, men väger bara cirka 10 procent av vikten av konventionellt termiskt foder. PET-aerogelens mjuka och flexibla karaktär ger också större komfort.

Prof Nhan förklarade, "Genom att använda PET-aerogeler som är belagda med brandskyddsmedel som fodermaterial, brandmansrockar kan göras mycket lättare, säkrare och billigare. Det är också möjligt att producera lågpris värmebeständiga jackor för personligt bruk."

2-i-1 mask som absorberar skadlig koldioxid och dammpartiklar

Vid beläggning med en amingrupp, PET-aerogelen kan snabbt absorbera koldioxid från miljön. Dess absorptionsförmåga är jämförbar med material som används i gasmasker, som är dyra och skrymmande. För att illustrera denna applikation, teamet bäddade in ett tunt lager av PET-aerogel i en kommersiell finpartikelmask för att skapa en prototypmask som effektivt kan absorbera både dammpartiklar och koldioxid.

Prof Nhan sa, "I mycket urbaniserade länder som Singapore, de koldioxidabsorberande maskerna och värmebeständiga jackorna gjorda med PET-aerogel kan placeras bredvid brandsläckare i höghus för att ge extra skydd till civila när de flyr från en brand."

"Masker fodrade med aminförstärkta PET-aerogeler kan också gynna människor som bor i länder som Kina, där luftföroreningar och koldioxidutsläpp är stora problem. Sådana masker kan enkelt tillverkas, och kan även potentiellt göras återanvändbara, " tillade Assoc Prof Duong.

NUS-forskare undersöker också att göra enkel ytmodifiering av PET-aerogelerna för absorption av giftiga gaser som kolmonoxid, som är den dödligaste komponenten i rök.

I deras tidigare arbete, forskargruppen hade framgångsrikt omvandlat papper och modeavfall till cellulosa respektive aerogel av bomull. Tillsammans med denna senaste innovation som involverar återvinning av plastflaskavfall till aerogeler, NUS-teamet belönades nyligen med förstaplatsen i kategorin Sustainable Technologies i 2018 års Create the Future Design Contest av Tech Briefs.