Plastik poşetler ve şişeler, yeni ileri dönüşüm yöntemiyle endüstriyel dayanıklılığa sahip yapıştırıcılara dönüşüyor

Dünya çapında her yıl yaklaşık 450 milyon ton plastik üretiliyor. Bu büyük hacmin büyük bir kısmı yalnızca bir kez kullanılıyor ve daha sonra çöp yakma fırınlarına veya çöp depolama alanlarına atılıyor. Bu aynı zamanda polietilen (PE) ve polipropilen (PP) içeren poliolefinler için de geçerlidir. Ambalaj malzemeleri ve filmler olarak plastik tüketimimizin yaklaşık yarısını oluşturuyorlar.

Geri dönüşüm veya yüksek enerji tüketimi

Her ne kadar poliolefinler eritilip yeni şekillere dönüştürülebilse de, bu işlem önemli kalite kayıplarına neden olur. Atıktaki boyalar geri dönüştürülmüş malzemeye koyu bir renk verirken, ısıtma işlemi de kaliteye zarar veriyor: Sonuç olarak malzeme yalnızca saksılar veya kaldırım levhaları gibi düşük kaliteli uygulamalar için uygundur.

Şimdiye kadar, poliolefinleri seçici olarak yeni, yüksek kaliteli polimerlerin sentezlenebileceği temel yapı bloklarına (monomerler) ayırmanın imkansız olduğu kanıtlandı.

Yalnızca karbon ve hidrojenden oluşan olefinler, hedeflenen bölünme reaksiyonları için gerekli olan oksijen, nitrojen veya klor atomlarından yoksundur. Bugüne kadar mümkün olan tek yöntem, piroliz olarak bilinen, enerji yoğun bir ısıtma işlemi yoluyla rastgele parçalamadır. Bu, monomerlerin yeniden oluşturulması gereken petrol bazlı hammaddeler üretir.

Yüksek performanslı yapıştırıcılara ileri dönüşüm

Şimdi, polimer kimyacısı ve ETH Profesörü Tae-Lim Choi liderliğindeki bir araştırma ekibi, poliolefinlerin değerlerini düşürecek şekilde geri dönüştürülmesi yerine, daha yüksek değerli plastiklere dönüştürülmesine olanak tanıyan bir süreç geliştirdi. Bunu başarmak için plastiklere yeni işlevlere sahip ek polimer zincirleri aşılıyorlar.

Araştırma şu adreste yayınlandı: Amerikan Kimya Derneği Dergisi. ETH Zürih, sürecin patentini aldı ve Spark Ödülü’ne aday gösterdi.

Yöntemin geliştirilmesinden birincil sorumlu olan Choi’nin grubundaki kıdemli bilim adamı Hongsik Kim, standart plastik poşetler ve şişeler kullanarak ilk ürün olarak yapıştırıcılar üretti. Metal, cam veya ahşap gibi çeşitli malzemelerle yapışma mukavemetleri, araç veya ekipman imalatında yük taşıyan ve yüksek gerilimli bağlantılarda kullanılan endüstriyel yapıştırıcı gerekliliklerini karşılar.

Bununla birlikte, potansiyel uygulama aralığı çok daha geniştir: ek polimer zincirleri, kimyasal işlevselliklerin tüm spektrumunun poliolefinlere dahil edilmesine izin verir: suyla değişen derecelerde etkileşime giren polar gruplardan, asitler ve bazlar aracılığıyla, çok spesifik reaksiyonlara girebilen kimyasal gruplara kadar.

Reaktif klor atomları polimer zincirlerini aktive eder

Klorlu solventler prosesin önemli bir kimyasal bileşenidir. Kısa dalga boylu ışıkla ışınlandığında bu çözücüler, radikal olarak bilinen yüksek derecede reaktif bireysel klor atomları üretebilir. Bunlar reaktivitelerini poliolefin zincirlerindeki karbon atomlarına aktararak, ek polimer zincirlerinin sentezi için bir başlangıç ​​noktası olarak kullanılabilen karbon radikalleriyle sonuçlanır.

Poliolefin zincirlerinde reaktif alanlar oluşturmak için klorlu solventler kullanma fikri, Choi ile ETH Zürih’te Sürdürülebilir Polimerler Profesörü Athina Anastasaki liderliğindeki grup arasındaki işbirliğinden kaynaklanıyor. Bu prensibi Plexiglas markasıyla da bilinen akrilik camın geri dönüşümüne uyguladı.

Basit ve hassas şekilde kontrol edilebilir

Yeni patentli yöntemin en büyük avantajları, son derece basit olması, pahalı özel reaktifler veya katalizörler gerektirmemesi ve yüksek işlem sıcaklıkları gerektirmemesidir.

Tüm süreç tek bir adımda gerçekleşir: plastik atık klorlu bir solventte çözülür, ardından istenen aşı polimerinin sentezi için gerekli monomerler eklenir.

Ayrıca süreç hassas bir şekilde kontrol edilebilir. Kim, “Çözücünün klorlama derecesini ve ışığın dalga boyunu gerektiği gibi ayarlayarak kaç radikalin üretildiğini ve dolayısıyla poliolefin zincirlerinde kaç bölgenin aşılama için etkinleştirildiğini kontrol edebiliyoruz” diye açıklıyor.

Yeni özelliklere sahip plastikler mümkün oluyor

Şu anda üretilen yapıştırıcıya ek olarak, teknolojinin başka birçok uygulaması da düşünülebilir; Choi şöyle devam ediyor: “Yapıştırıcı birinci nesil bir üründür. Gelecekte tamamen yeni özelliklere sahip plastikler mümkün olacaktır. Prensip olarak, akla gelebilecek her türlü kimyasal işlevselliğe sahip ek polimerler poliolefinlere aşılanabilir.”

Patentin altı ay önce yayınlanmasından bu yana araştırmacılar endüstriyle çok sayıda temas kurdu. Spesifik bir işbirliği, yalnızca su geçirmez olmakla kalmayıp aynı zamanda oksijenin nüfuz etmesini de önleyen poliolefin plastiklerden yapılan gıda ambalajlarıyla ilgilidir. Sonuç olarak, gıdalar mevcut polietilen ve polipropilen ambalajlara kıyasla dondurucuda daha az oksitlenir (“daha az kararma oluşur”).

Kim’e göre, ilk ürünün yapışkan işlevselliği de ek potansiyel yaratıyor: “Bir bağlayıcı madde olarak bu tür malzemeler, diğer şeylerin yanı sıra, düşük dereceli geri dönüştürülmüş plastiği çok daha dayanıklı ve dolayısıyla daha kaliteli bir malzemeye bağlayabilir.”