Forskare vid Institute for Cooperative Upcycling of Plastics (iCOUP), ett Energy Frontier Research Center som leds av Ames Laboratory, har upptäckt en kemisk process som ger biologiskt nedbrytbar, värdefulla kemikalier, som används som ytaktiva ämnen och rengöringsmedel i en rad applikationer, från kasserad plast. Processen har potential att skapa mer hållbara och ekonomiskt gynnsamma livscykler för plast.

Forskarna inriktade sitt arbete på dekonstruktion av polyolefiner, som representerar mer än hälften av all kasserad plast, och innehåller nästan alla tänkbara produkter - leksaker, Matförpackning, rörsystem, vattenflaskor, tyger, skor, bilar, och möbler.

"Plast, och speciellt polyolefiner, är material du kan kalla för framgångsrikt, " sa iCOUP-direktören Aaron Sadow. "De är fantastiska – starka, lättvikt, termiskt stabil, kemiskt resistenta - för alla applikationer som vi använder dem för, men problemet kommer när vi inte behöver dem längre."

Det är allt i den kemiska konstruktionen av polyolefinplaster som gör dem så tuffa och hållbara – långa starka kedjor av kol-kolbindningar – som också gör dem svåra att bryta ner. Polyolefiner saknar också i allmänhet de kemiska grupper som skulle kunna riktas mot i dekonstruktionsprocesser. Många befintliga processer för att återvinna plast resulterar i mindre värdefulla, mindre användbara komponenter, gör den ekonomiska genomförbarheten av återvinning mycket mindre tilltalande.

Den nya processen använder vad vetenskapen redan vet om nyckelsteg i polymerisationen – sammansättningen av långa polymersträngar – men omvänt, genom att bryta några av kol-kolbindningarna i kedjorna. När några kol-kol-bindningar bryts, de förkortade polymerkedjorna överförs till en aluminiumändgrupp för att bilda reaktiva ämnen. Katalysatorerna och reaktionerna för denna nya process är relaterade till de som används vid alkenpolymerisation, utnyttja välförstådd katalytisk kemi. Till sist, mellanprodukterna i denna nya omvandling omvandlas lätt till fettalkoholer eller fettsyror, eller används i annan syntetisk kemi, att skapa kemikalier eller material som är värdefulla på en mängd olika sätt:som tvättmedel, emulgeringsmedel, läkemedel, och kosmetika. Eftersom processen är katalytiskt styrd, önskvärda produktkedjelängder kan målinriktas för syntes.

Det bästa med processen är att dess slutprodukter är biologiskt nedbrytbara, till skillnad från polyeten och polypropen utgångsmaterial.

"Fettsyror och alkoholer bryts ned biologiskt i miljön relativt snabbt. Om dessa biprodukter fortsätter att hitta en ny användning någon annanstans, Det är underbart, men det har också ett slut på livet, vilket innebär att det inte kommer att ackumuleras i miljön som plast har, sa Sadow.

Forskningen diskuteras vidare i tidningen, "Klyvning av katalytisk kol-kolbindning och bildning av bindning av kolelement ger nytt liv för polyolefiner som biologiskt nedbrytbara ytaktiva ämnen, " författad av Uddhav Kanbur, Guiyan Zang, Alexander L. Paterson, Puranjan Chatterjee, Ryan A. Hackler, Massimiliano Delferro, Igor I. saktar ner, Fréderic A. Perras, Pingande sol, Aaron D. Sadow; och publiceras i Chem .