Nyt upcycling-system til kommercielle polyestere

Mens plast eller syntetiske polymerer har mange nyttige egenskaber, har deres dårlige forvaltning resulteret i udbredt forurening, der kvæler vores økosystemer. Som en løsning på dette sendes mange syntetiske polymerer til oparbejdning og genanvendelse; polyethylenterephthalat (PET) er et af de mest almindelige produkter, der ofte ses i genbrugskredsløbet i mange lande. Men genbrug har sine egne problemer. Under plastgenanvendelse nedbrydes delvise fraktioner af polymerkæderne, hvilket resulterer i strukturelt svage, nedgraderede polymerer. Disse sub-standard genbrugsplast har meget reducerede egenskaber og er kun gode til brug som fast brændsel. Dette efterlader producenterne ikke meget andet end at lave nye plastprodukter med hurtigt nedtømning af råolie.

Som sådan er forskere over hele verden engageret i at udvikle bæredygtige tværbundne polymermaterialer, der kan genanvendes effektivt og omkostningseffektivt. Ud over den voksende viden har Dr. Mikihiro Hayashi, adjunkt ved Nagoya Institute of Technology, Japan, og hans kollega Mr. Takahiro Kimura udviklet en simpel metode til at genbruge polyester, et almindeligt plastmateriale, til en tværbundet polymer. som bevarer sin styrke og egenskaber, når det genbruges. Deres metode er centreret omkring transformation af polyestere til vitrimerer - en ny klasse af polymerer, der besidder dynamiske kovalente bindinger, der reversibelt kan brydes og reformeres for at skabe nye tværbindinger. De dynamiske kovalente bindinger giver vitrimeren ønskværdige egenskaber, såsom genanvendelighed, genbearbejdelighed og helbredende egenskaber, som er karakteristika for funktionelle materialer af høj værdi. Undersøgelsen blev offentliggjort den 1. august 2022 i Journal of Materials Chemistry A.

Dr. Hayashi siger, "Vores forskning viser en one-shot upcycling-proces af kommercielle polyestere til tværbundne vitrimerer med forbedrede termomekaniske egenskaber og bæredygtige funktioner." Han og hans kollega skabte vitrimererne ved blot at blande polyester med et tværbindermolekyle - tetra-epoxy, sammen med den kemiske forbindelse 1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en (DBU) som en katalysator i tilstedeværelse af tetrahydrofuran som opløsningsmiddel. Opløsningsmidlet blev senere afdampet, og den resterende blanding blev opvarmet til 200°C i 24 timer, hvilket frembragte en film af vitrimer.

Med denne metode sker tværbindingen til fremstilling af vitrimer i tre hurtige sekventielle trin - hydrolyse (brud af polyesterbindingerne), epoxyåbningsreaktion og intermolekylær transesterificering. Dr. Hayashi diskuterer de overlegne mekano-elastiske egenskaber af de producerede vitrimerer, siger Dr. Hayashi:"Den stærkt tværbundne og genanvendelige vitrimer udviser en 60-fold stigning i trækmodul eller Youngs modul og en 10-fold stigning i den maksimale udholdelige spænding, når sammenlignet med den originale polyester. Den har også en gelfraktion på næsten 100 %." Desuden blev vitrimeren observeret at bevare sine egenskaber, selv efter at være blevet formalet til brudte stykker og presset til en flad plade, hvilket bekræfter dens genanvendelighed.

Plast er essentielle materialer med mange fordele og nyttige egenskaber, fordi de er lette, billige, ikke-giftige og nemme at fremstille. Men samtidig er det nødvendigt at anerkende og begrænse de miljøskader, de forårsager. Forbedring af genanvendeligheden af ​​plastpolymerer vil tilskynde til genbrugsprogrammer og reducere brugen af ​​petroleum, en ikke-fornybar ressource. Som Dr. Hayashi med rette bemærker, "Verden har brug for alsidige muligheder for genanvendelse af syntetiske polymerer. Den metode, vi foreslår, vil ikke kun eliminere brugen af ​​olie-afledte kemikalier, men den kan også være det første skridt mod et praktisk og bæredygtigt upcycling-system for fremtiden, som overholder principperne for cirkulær økonomi og hjælper med at realisere SDG'erne."

Som et skridt fremad planlægger forskerne nu at udtænke en mere direkte omdannelse af polyestere til vitrimer uden brug af opløsningsmidler og overvejer også at bruge deres metode til at omdanne kommerciel PET til andre meget genanvendelige materialer. Hvis det lykkes, kan den udviklede metode føre til et lukket kredsløb af plastproduktion og afværge yderligere miljøkriser forårsaget af overdreven plastproduktion. + Udforsk yderligere

Upcycling af plast gennem dynamisk tværbinding