Химики разработали новый метод переработки смешанного пластика

iStock.com/Пабло Разеро

Переработка пластика – неэффективный бизнес. Согласно отчету Министерства энергетики за август 2022 года, только 5 процентов из примерно 44 миллионов тонн пластиковых отходов, обработанных для переработки в 2019 году, были фактически переработаны. Остальные отправились на свалку или были сожжены.

Пластик сложно перерабатывать, поскольку не все его типы химически совместимы друг с другом. Некоторые пластики образованы ковалентными связями, в которых отдельные атомы имеют поровну общие электроны. Другие пластмассы образуются за счет нековалентных связей, в которых отдельные атомы не разделяют электроны поровну. Например, сочетание пакета для сэндвичей, состоящего из ковалентно связанного полиэтилена низкой плотности (ПЭНП), с бутылкой для заправки для салата, изготовленной из нековалентно связанного полиэтилентерефталата (ПЭТ), приводит к получению слабого смешанного пластика с ограниченным применением.

Новый химический процесс, разработанный исследователями из университетов штата Колорадо и Колумбии, может сделать переработку смешанных пластиковых отходов более осуществимой. Используя сшивающие агенты, небольшие молекулы, которые образуют мостики между химическими веществами, ученые смогли сделать химически разные пластики совместимыми. Их работа была опубликована 26 апреля в журнале Nature.

Хотя лабораторные испытания продемонстрировали замечательную эффективность технологии сшивки, ее практическое применение еще далеко. Самый большой вопрос заключается в том, является ли эта технология экономически эффективной по сравнению с производством нового пластика.

Исследователи нагревали и обрабатывали смешанные пластики с помощью сшивающего агента бис-диазирина. Изображения, полученные сканирующей электронной микроскопией, продемонстрировали превосходную структуру полученного материала. По сравнению с каплевидной, неровной поверхностью исходных смешанных пластиков, сшитые пластики имели гладкую, однородную поверхность. Ведущий автор Томислав Ровис, профессор химии Колумбийского университета, сравнил сшивающие агенты с липучками. Они действуют как застежки-липучки при сшивании пластмасс различных полимерных составов.

«[Сшитый] материал ведет себя так же, как и уникальные отдельные первичные полимеры, с точки зрения того, что он не разлагается с течением времени и при всех других физических испытаниях», – сказал Ровис. Он подчеркнул, что стресс-тесты, которые измеряют способность полимера сопротивляться деформации, показали схожие профили прочности для сшитых смешанных пластиков и отдельных полимеров.

Ученые успешно создали смеси несовместимых пластиков LDPE и поли-L-молочной кислоты (PLLA), а затем смешали эти два пластика с изотактическим полипропиленом (iPP). Ведущий автор Санат Кумар, профессор химического машиностроения Колумбийского университета, сказал, что они решили сосредоточиться на этих трех пластиках, потому что они представляют собой как традиционные пластиковые полимеры (ПЭНП и iPP), так и новый класс полимеров биологического происхождения (PLLA).

Кумар и Ровис объяснили, как их химия может изменить переработку пластика. 5 процентов пластиковых отходов, которые успешно перерабатываются традиционными методами, перерабатываются в продукцию более низкого качества. Изделия из полиэтилена высокой плотности (HDPE), такие как контейнеры для молока, превращаются в такие предметы, как столы для пикника и пластиковые пиломатериалы. ПЭТ-продукты, в том числе бутылки из-под газировки, перерабатываются в такие предметы, как флисовые куртки или ковровые покрытия. Но новый материал, полученный с помощью сшивающих агентов, можно использовать для преобразования деградировавших продуктов в материалы более высокого качества.

«Преимущество этой технологии в том, что вы можете взять испорченную бутылку с водой или испорченную шину, снова погрузить ее в расплав и переделать что-то без этих недостатков, потому что в ней есть сшивающие агенты», — сказал Ровис.

Грегори Руммо, преподаватель химии в Атлантическом университете Палм-Бич и научный сотрудник Корнуоллского альянса за управление творением, считает, что полимерные сшиватели имеют потенциал. Но Руммо предупредил, что их использование должно быть экономически целесообразным. Он отметил, что новая технология, вероятно, потребует перерабатывающих предприятий, чтобы освободить место для проведения процесса сшивки. Он задался вопросом, будет ли этот процесс, если его расширить, стоить дороже, чем производство нового пластика.