En nyligen upptäckt grupp av återvinningsbar plast verkar vara ett lovande alternativ till hårdplasten som är svår att återvinna. Dock, vi ser ännu inte dessa så kallade vitrimerer användas i produkter eftersom de är svåra att bearbeta. Forskare vid Eindhovens tekniska universitet upptäckte att bearbetbarheten av denna nya form av plast påverkas inte bara av temperaturen utan också av densiteten. Sådana insikter bör leda, bland annat, till återvinningsbara instrumentbrädor för fordonsindustrin. Dessa resultat publicerades i går i tidskriften PNAS .

Plast är känt för att vara svårt att återvinna och därför mycket miljöovänligt. Dock, det gäller främst de så kallade hårdplasterna, eller härdare, som biljardbollar eller instrumentbrädan i din bil. En annan grupp plaster, termoplaster, som industrin använder för att tillverka folie, kaffekoppar eller leksaker, är väldigt lätt att återvinna men tyvärr också mycket mindre stark. Under 2011, en ny grupp plaster utvecklades, de så kallade vitrimererna, som är lika starka som hårdplast och är återvinningsbara. 2015, upptäckaren av materialet utropades till europeisk uppfinnare av European Patent Office (EPO).

Mystiskt material

Hur lovande det än är, Vitrimera polymerer är fortfarande långt från kommersiell tillämpning. För att komma till detta stadium, tillverkare måste veta hur man ger materialet de önskade egenskaperna så att det kan användas i produkter. Forskare, dock, är fortfarande till stor del i mörkret om hur exakt materialet fungerar.

TU/e fysiker Liesbeth Janssen, Ph.D. Student Simone Ciarella och kandidatexamen Rutger Biezemans presenterar nu en datormodell som visar hur temperatur och densitet påverkar de vitrimera polymererna. Janssen:"Nu när vi har en bättre förståelse för materialets fysiska sammansättning, vi hoppas kunna producera riktig återvinningsbar plast för industrin i ett uppföljningsprojekt."

Bräcklighet bestämmer återvinningsbarhet

Deras modell visar att vitrimerernas bräcklighet är avgörande för deras bearbetbarhet i fabriken. Ciarella:"Bräcklighet är den hastighet med vilken ett material ändras från fast till vätska (smältning) och vice versa (stelnande). Ju lägre skörhetsvärde, ju lättare plasten är att bearbeta och därmed desto bättre kan materialet återvinnas."

Förutom att förstå och förutsäga vilken typ av inflytande denna bräcklighet har, Liesbeth Janssen och hennes kollegor kunde till och med trimma plastens bräcklighet. Det verkar som att bräckligheten kan ändras genom att justera materialets densitet. På det här sättet, i framtiden kommer tillverkaren att kunna ställa in exakt det önskade beteendet.

Öppna och stänga anslutningar

För att förklara effekten, vi måste zooma in på de fysiska egenskaperna hos alla tre plasttyperna. Plast består av mycket långa trådar, även kallade polymerer. Termohärdar är så starka på grund av de många kopplingarna mellan dessa trådar. Och det förklarar direkt den dåliga återvinningsbarheten. Uppvärmning gör att dessa anslutningar irreversibelt går sönder. Termoplaster har inga anslutningar, och deformeras därför lätt genom att höja temperaturen. Men det gör dem också mindre starka.

Ciarella:"Det intressanta med vitrimera polymerer är att de har många kopplingar, men vid uppvärmning kan dessa anslutningar växla mellan olika trådar. Vid rumstemperatur, dessa vitrimerer beter sig därför lika starkt som härdplaster. Men när det värms upp, de beter sig som lätt deformerbara termoplaster, så när de smälts behåller dessa plaster sin kvalitet."