Gør bleer til klistermærker:Brug kemisk genbrug til at forhindre millioner af tons affald

Hvert år, 3,5 millioner tons opblødte bleer ender på lossepladser.

Det superabsorberende materiale inde i disse bleer består af en matrix af polymerer, der udvider sig, når fugtigheden rammer dem. Polymerer er en lang kæde af gentagne enheder, og i dette tilfælde, det absorberende materiale i bleer er baseret på polymeren polyacrylsyre.

Et University of Michigan -team har udviklet en teknik til at løsne disse absorberende polymerer og genbruge dem til materialer, der ligner de klæbrige klæbemidler, der bruges i klistermærker og bandager. Deres resultater offentliggøres i Naturkommunikation .

Bredt, genbrug kan inddeles i mekanisk genbrug og kemisk genbrug.

"Mekanisk genbrug er, hvad de fleste tænker over:Du adskiller forskellige plastmaterialer baseret på deres identitet, skær dem i små stykker, smelt dem og genbrug dem, hvilket sænker produktets kvalitet, "sagde U-M-kemiker Anne McNeil, tilsvarende forfatter til papiret.

Mekanisk genbrug fører til materialer af lavere kvalitet, fordi forskellige virksomheders plast er konstrueret forskelligt:​​Polymererne kan have forskellige kædelængder eller ændres med forskellige tilsætningsstoffer og farvestoffer.

"Der er bare så mange problemer, alt bliver normalt downcycled og ender som tæppefibre eller parkbænke, "sagde McNeil, hvis laboratorium fokuserer på kemisk genbrug af plast. "Kemisk genbrug er denne idé om at bruge kemi og kemiske transformationer til at lave et værditilvækstmateriale, eller i det mindste et så værdifuldt materiale som originalen. "

De kvaliteter, der generelt gør plast ønskeligt, såsom sejhed og holdbarhed, er også ansvarlige for deres vanskeligheder ved genbrug. I særdeleshed, polymerer er vanskelige at nedbryde, fordi de holdes sammen af ​​stabile bindinger.

McNeil, professor i kemi og makromolekylær videnskab og teknik, og Takunda Chazovachii, der for nylig tog eksamen fra UM med sin doktorgrad i polymerkemi, arbejdede sammen med Procter &Gamble for at udvikle en tretrinsproces, der gør superabsorberende polymerer til et genanvendeligt materiale-i dette tilfælde, klæbemidler. Metoden skulle være energieffektiv og kunne implementeres i industriel skala.

"Superabsorberende polymerer er særligt vanskelige at genbruge, fordi de er designet til at modstå nedbrydning og fastholde vand permanent, "Sagde Chazovachii." De superabsorberende polymerer og klæbemidler stammer begge fra acrylsyre. Denne fælles oprindelse inspirerede vores genbrugsidé. "

Polymererne i superabsorberende materialer ligner et løst vævet fiskenet, McNeil siger, undtagen i stedet for et bikagemaske, disse polymerer har en tværbinding hver 2, 000 enheder, hvilket er mere end nok til at skabe en uopløselig netværksstruktur. For at genbruge disse materialer, forskerne havde brug for at finde en måde at afgrænse netværkspolymeren i vandopløselige kæder. Chazovachii fandt ud af, at når disse polymerer opvarmes enten i nærvær af syre eller base, deres tværbindinger er brudt.

Forskerne havde også brug for at afgøre, om disse processer ville være mulige i industriel skala. Samarbejdspartnere Madeline Somers, forskningsassistent ved UM Graham Sustainability Institute, og Jose Alfaro, en forsker på UM-skolen for miljø og bæredygtighed, foretaget en livscyklusvurdering. De lærte, at brug af denne syremetode til af-tværbinding af polymererne ville udvise et 10 gange lavere global opvarmningspotentiale, baseret på frigivelse af kuldioxid, og ville kræve 10 gange mindre energi end at bruge en basemedieret tilgang.

Næste, forskerne havde brug for at forkorte de lange kæder af polymerer i materialet for at producere forskellige typer klæbemidler. Chazovachii indså sonikering - ved hjælp af små sprængfyldte luftbobler til at bryde polymerkæderne - kunne skære kæderne i stykker uden at ændre kædernes kemiske egenskaber.

"Det, vi virkelig kunne lide ved denne metode, er, at det er en mild og enkel mekanisk proces, "sagde han." Det bryder polymeren, men forlader dens byggesten, eller syregrupper, intakt, så du kan faktisk gøre andre reaktioner med det. "

Endelig, Chazovachii, assisteret af kemiprofessor Paul Zimmerman og hans elev Michael Robo, omdannede syregrupper på polymerkæderne til estergrupper. Dette ændrer egenskaberne fra vandopløseligt til organisk opløseligt, og de bliver tarvelige, som et klæbemiddel. En ekstra bonus:Reagenset, der blev brugt i denne reaktion, som også fungerer som opløsningsmiddel, kunne genbruges og genbruges. Efter afprøvning af de klæbende egenskaber, Chazovachii indså, at sonikering ikke var nødvendig for at målrette mod en type klæbemidler, yderligere forenkling af fremgangsmåden.

Endelig, forskerne havde brug for at vise, at udviklingen af ​​klæbemidler fra genbrugspolymerer var lettere på planeten end at lave klæbemidler fra råolie - den typiske vej. Sammenligning af deres vej til lim til den konventionelle, forfatterne fandt ud af, at der er en reduktion på 22% i potentialet for global opvarmning og 25% reduktion i energi til ruten ved hjælp af genbrugsbleer.

Forskerne siger, at de arbejder med bleer, der allerede er rene - men virksomheder, der rengør brugte bleer, dukker op, såsom Procter &Gamble -tilknyttede FaterSMART. Derudover Chazovachii siger, at betingelserne for kemisk genbrug ville dræbe enhver overlevende bakterie.

McNeil siger, at hun håber, at syntetiske kemikere, der arbejder på at lave reaktioner for små molekyler, vil rette deres opmærksomhed mod polymerer.

"Dette er kun et papir, men jeg har flyttet det meste af min forskning i denne retning, fordi jeg synes, det er en virkelig åben mulighed for syntetiske kemikere at få indflydelse på et virkeligt problem, "McNeil sagde." Jeg vil have flere til at tænke over dette, fordi det globale plastproblem er så stort, og kemikere kan spille en virkelig vigtig rolle i at genopfatte, hvad vi gør med dette affald. "