Varje år, 3,5 miljoner ton blöta blöjor hamnar på soptippar.

Det superabsorberande materialet inuti dessa blöjor består av en matris av polymerer som expanderar när fuktighet träffar dem. Polymerer är en lång kedja av upprepande enheter, och i detta fall, det absorberande materialet i blöjor är baserat på polymeren polyakrylsyra.

Ett team från University of Michigan har utvecklat en teknik för att lösa upp dessa absorberande polymerer och återvinna dem till material som liknar klibbiga lim som används i klisterlappar och bandage. Deras resultat publiceras i Naturkommunikation .

Brett, återvinning kan grupperas i mekanisk återvinning och kemisk återvinning.

"Mekanisk återvinning är vad de flesta människor tänker på:Du separerar olika plaster baserat på deras identitet, hacka dem i små bitar, smält dem och återanvänd dem, vilket sänker kvaliteten på produkten, "sa U-M-kemisten Anne McNeil, motsvarande författare till tidningen.

Mekanisk återvinning leder till lägre kvalitet på material eftersom olika företags plaster är konstruerade på olika sätt:Polymererna kan ha olika kedjelängd eller förändras med olika tillsatser och färgämnen.

"Det finns bara så många problem, allt blir vanligtvis nercyklat och slutar som mattfibrer eller parkbänkar, "sa McNeil, vars laboratorium fokuserar på kemisk återvinning av plast. "Kemisk återvinning är denna idé att använda kemi och kemiska omvandlingar för att göra ett mervärdesmaterial, eller åtminstone ett så värdefullt material som originalet. "

De egenskaper som i allmänhet gör plast önskvärd, såsom seghet och hållbarhet, är också ansvariga för deras svårigheter att återvinna. Särskilt, polymerer är svåra att bryta ner eftersom de hålls samman av stabila bindningar.

McNeil, professor i kemi och makromolekylär vetenskap och teknik, och Takunda Chazovachii, som nyligen tog examen från U-M med sin doktorsexamen i polymerkemi, arbetat med Procter &Gamble för att utveckla en trestegsprocess som förvandlar superabsorberande polymerer till ett återanvändbart material – i det här fallet, lim. Metoden behövde vara energieffektiv och kunna användas i industriell skala.

"Superabsorberande polymerer är särskilt svåra att återvinna eftersom de är konstruerade för att motstå nedbrytning och behålla vatten permanent, ", sade Chazovachii. "De superabsorberande polymererna och bindemedlen är båda härledda från akrylsyra. Detta gemensamma ursprung inspirerade vår återvinningsidé. "

Polymererna i superabsorberande material ser ut som ett löst vävt fiskenät, McNeil säger, utom istället för ett vaxkakenät, dessa polymerer har en tvärbindning varannan, 000 enheter, vilket är mer än tillräckligt för att skapa en olöslig nätverksstruktur. För att återvinna dessa material, forskarna behövde hitta ett sätt att avgränsa nätverkspolymeren i vattenlösliga kedjor. Chazovachii fann att när dessa polymerer upphettas antingen i närvaro av syra eller bas, deras tvärbindningar är trasiga.

Forskarna behövde också avgöra om dessa processer skulle vara genomförbara i industriell skala. Medarbetare Madeline Somers, en forskningsassistent vid UM Graham Sustainability Institute, och Jose Alfaro, en forskare vid UM-skolan för miljö och hållbarhet, gjort en livscykelbedömning. De lärde sig att att använda denna sura metod för att avtvärbinda polymererna skulle uppvisa en 10 gånger lägre global uppvärmningspotential, baserat på koldioxidutsläpp, och skulle kräva 10 gånger mindre energi än att använda en basmedierad metod.

Nästa, forskarna behövde förkorta de långa kedjorna av polymerer i materialet för att producera olika typer av lim. Chazovachii insåg sonikering - med hjälp av små sprängande luftbubblor för att bryta polymerkedjorna - kunde skära kedjorna i bitar utan att ändra kedjornas kemiska egenskaper.

"Det vi verkligen gillade med den här metoden är att det är en mild och enkel mekanisk process, " sa han. "Den bryter polymeren men lämnar sina byggstenar, eller syragrupper, intakt, så du kan faktiskt göra andra reaktioner med det."

Till sist, Chazovachii, assisterad av kemiprofessorn Paul Zimmerman och hans student Michael Robo, omvandlade syragrupper på polymerkedjorna till estergrupper. Detta ändrar egenskaperna från vattenlösligt till organiskt lösligt, och de blir klibbiga, som ett lim. En extra bonus:Reagenset som används i denna reaktion, som också fungerar som lösningsmedel, kan återvinnas och återanvändas. Efter att ha testat limegenskaperna, Chazovachii insåg att ultraljudsbehandling inte var nödvändig för att rikta in sig på en typ av lim, ytterligare förenkla tillvägagångssättet.

Till sist, forskarna behövde visa att det var lättare på jorden att utveckla lim från återvunna polymerer än att tillverka lim från petroleum – den typiska vägen. Att jämföra deras väg till lim med den konventionella, författarna fann att det finns en 22% minskning av den globala uppvärmningspotentialen och 25% minskning av energin för vägen med återvunna blöjor.

Forskarna säger att de arbetar med blöjor som redan är rena - men företag som rengör begagnade blöjor växer upp, som Procter &Gamble -anslutna FaterSMART. Dessutom, Chazovachii säger att villkoren för den kemiska återvinningen skulle döda alla överlevande bakterier.

McNeil säger att hon hoppas att syntetiska kemister som arbetar med att göra reaktioner för små molekyler kommer att rikta sin uppmärksamhet mot polymerer.

"Detta är bara ett papper, men jag har flyttat det mesta av min forskning i den här riktningen eftersom jag tror att det är en väldigt öppen möjlighet för syntetiska kemister att påverka ett verkligt problem, " sa McNeil. "Jag vill att fler människor ska tänka på det här eftersom det globala plastproblemet är så enormt och kemister kan spela en riktigt viktig roll i att ombilda vad vi gör med detta avfall."