Även om plaster eller syntetiska polymerer har många användbara egenskaper, har deras misskötsel resulterat i omfattande föroreningar som kväver våra ekosystem. Som en lösning på detta skickas många syntetiska polymerer för upparbetning och återvinning; polyetylentereftalat (PET) är en av de vanligaste produkterna som ofta ses i återvinningskretsen i många länder. Återvinning har dock sina egna problem. Vid plaståtervinning bryts partiella fraktioner av polymerkedjorna ned vilket resulterar i strukturellt svaga, nedgraderade polymerer. Dessa undermåliga återvunna plaster har mycket reducerade egenskaper och är endast bra att använda som fasta bränslen. Detta lämnar tillverkarna med lite annat val än att tillverka nya plastprodukter med snabbt utarmade petroleumråvaror.

Som sådan är forskare över hela världen engagerade i att utveckla hållbara tvärbundna polymermaterial som kan återvinnas effektivt och kostnadseffektivt. Utöver den växande kunskapsmassan har Dr. Mikihiro Hayashi, biträdande professor vid Nagoya Institute of Technology, Japan, och hans kollega Mr. Takahiro Kimura utvecklat en enkel metod för att återvinna polyester, ett vanligt plastmaterial, till en tvärbunden polymer som behåller sin styrka och egenskaper vid återvinning. Deras metod kretsar kring att omvandla polyestrar till vitrimerer - en ny klass av polymerer som har dynamiska kovalenta bindningar som reversibelt kan bryta och reformeras för att skapa nya tvärbindningar. De dynamiska kovalenta bindningarna ger vitrimeren önskvärda egenskaper, såsom återvinningsbarhet, upparbetningsbarhet och läkningsförmåga, vilka är egenskaper hos högvärdiga funktionella material. Studien publicerades den 1 augusti 2022 i Journal of Materials Chemistry A.

Dr Hayashi säger, "Vår forskning visar en engångsprocess för återvinning av kommersiella polyestrar till tvärbundna glaskroppar med förbättrade termomekaniska egenskaper och hållbara funktioner." Han och hans kollega skapade vitrimererna genom att helt enkelt blanda polyester med en tvärbindande molekyl – tetra-epoxi, tillsammans med den kemiska föreningen 1,8-diazabicyklo[5.4.0]undec-7-en (DBU) som en katalysator i närvaro av tetrahydrofuran som lösningsmedel. Lösningsmedlet avdunstades senare och den återstående blandningen värmdes vid 200°C i 24 timmar, vilket gav en film av vitrimer.

Med denna metod sker tvärbindningen för att producera vitrimer i tre snabba sekventiella steg - hydrolys (brytning av polyesterbindningarna), epoxiöppnande reaktion och intermolekylär transesterifiering. Dr Hayashi diskuterar de överlägsna mekano-elastiska egenskaperna hos de producerade vitrimererna, "Den mycket tvärbundna och återvinningsbara vitrimeren uppvisar en 60-faldig ökning av dragmodulen eller Youngs modul och en 10-faldig ökning av den maximala uthärdliga spänningen när jämfört med originalpolyestern. Den har också en gelfraktion på nästan 100 %." Dessutom observerades vitrimeren behålla sina egenskaper även efter att ha malts till spruckna bitar och pressats till ett platt ark, vilket bekräftar dess återvinningsbarhet.

Plast är väsentliga material med många fördelar och användbara egenskaper eftersom de är lätta, billiga, giftfria och lätta att tillverka. Men samtidigt är det nödvändigt att erkänna och begränsa de miljöskador de orsakar. Att förbättra återvinningsbarheten för plastpolymerer kommer att uppmuntra återvinningsprogram och minska användningen av petroleum, en icke-förnybar resurs. Som Dr. Hayashi med rätta konstaterar:"Världen behöver mångsidiga alternativ för återvinning av syntetiska polymerer. Metoden vi föreslår kommer inte bara att eliminera användningen av petroleumbaserade kemikalier, utan den kan också vara det första steget mot ett praktiskt och hållbart återvinningssystem för framtiden, som följer principerna för cirkulär ekonomi och hjälper till att förverkliga SDGs."

Som ett steg framåt planerar forskarna nu att ta fram en mer direkt omvandling av polyestrar till vitrimer utan att använda några lösningsmedel och undersöker också hur de kan använda sin metod för att omvandla kommersiell PET till andra mycket återvinningsbara material. Om den är framgångsrik kan den utvecklade metoden leda till en sluten slinga av plastproduktion och förhindra ytterligare miljökriser orsakade av överdriven plastproduktion. + Utforska vidare

Återvinning av plast genom dynamisk tvärbindning