Ett team ledd av kemister vid universitetet i Liège har utvecklat en ny teknik för polyuretanproduktion med CO2 att skapa nya typer av lättåtervinningsbar plast. Studien, publicerad i Journal of the American Chemistry Society , skulle kunna ge en lösning för utvecklingen av verkligt hållbar plast.
Råvaruplast har förändrat den globala industrin. Oavsett om det gäller konstruktion, kläder, fordon eller livsmedelsförpackningar finns dessa plaster överallt i våra dagliga liv, så mycket att deras globala användning har uppskattats till cirka 460 miljoner ton 2019.
"Denna siffra är häpnadsväckande, men inte överraskande, eftersom plast, även känd som syntetiska polymerer, har nått en stor framgång tack vare sina oersättliga egenskaper:de är lätta, billiga och otroligt mångsidiga", förklarar Christophe Detrembleur, kemist vid Center for Education och forskning om makromolekyler (CERM) vid universitetet i Liège. "Men det faktum att de är svåra att återvinna, eller till och med omöjliga att återvinna när det gäller härdplaster, har allvarliga konsekvenser."
Denna omöjlighet att återvinna leder inte bara till att de fossila resurserna som används för att tillverka dem uttömmas, utan också till att de samlas mycket på lång sikt i naturen och haven. Det är därför absolut nödvändigt för vårt samhälle att snabbt designa och tillverka plaster som lätt kan återvinnas i slutet av sin livslängd.
I detta sammanhang rapporterar en studie ledd av forskare vid universitetet i Liège och utförd i samarbete med universitetet i Mons och universitetet i Baskien om en ny teknik för att tillverka lätt återvinningsbar polyuretanplast.
"Det speciella med detta tillvägagångssätt är användningen av koldioxid (CO2). )—ett stort emblematiskt slöseri med vårt samhälle—som ett råmaterial för produktionen av de byggstenar, eller monomerer, som behövs för att tillverka dessa nya produkter,” förklarar Thomas Habets, doktorand vid CERM och första författare till artikeln. Strukturen på monomererna kan enkelt modifieras, vilket gör det möjligt att tillverka plaster med ett brett spektrum av egenskaper, från mycket formbara elastomerer som silikoner till styvare material som polystyren."
Dessa plaster har en kemisk struktur som liknar ett tredimensionellt nätverk snarare än långa linjära kedjor. Denna struktur, som vanligtvis förknippas med härdplaster som är mycket svåra att återvinna, gör dem mer motståndskraftiga än plaster gjorda av långa molekylkedjor. De polyuretaner som skapas här har nya "dynamiska" kemiska bindningar, vilket gör att de trots sin härdplaststruktur kan omformas genom utbyte av kemiska bindningar under relativt milda reaktionsförhållanden.
Den största fördelen med denna nya teknik ligger i dess förmåga att variera utbudet av tillgängliga egenskaper samtidigt som det erbjuder flera sätt att återvinna material vid slutet av sin livslängd. "Dessa nya plaster kan återvinnas på flera sätt, antingen genom att helt enkelt omforma dem genom att värma dem, eller genom att blanda olika typer av plast för att skapa hybridmaterial med nya egenskaper, eller genom att bryta ner dem till deras ingående monomerer, vilket är idealiskt för att eliminera tillsatser som färgämnen eller återvinningskompositer", fortsätter Habets.
Med sikte på den framtida industrialiseringen av CO2 valorisering, visar denna studie att avfall CO2 kan direkt användas som en kemisk resurs. "Detta är den första inledande studien som använder våra nya byggstenar och plaster", säger Christophe Detrembleur, "men det är ganska anmärkningsvärt att se att våra material redan kan nå egenskaper som liknar de hos vissa konventionella petroleumsplaster."
Denna nya teknik växer fram som en potentiell lösning för utveckling av hållbar plast med ett brett utbud av egenskaper som enkelt kan möta behoven hos de flesta av våra vardagliga applikationer.
Mer information: Thomas Habets et al, Covalent Adaptable Networks through Dynamic N,S-Acetal Chemistry:Toward Recyclable CO2-Based Thermosets, Journal of the American Chemical Society (2023). DOI:10.1021/jacs.3c10080
Journalinformation: Tidskrift för American Chemical Society
Tillhandahålls av University de Liege
