Plastic recycling van binnenuit met zuren

Geplaatst op 08 mei 2019 om 15:53 uur
Plastic recycling van binnenuit met zuren
Wetenschappers van het Amerikaanse Berkeley Lab hebben een nieuwe generatie ontwikkeld van plastics die steeds opnieuw kunnen worden gerecycled in nieuw materiaal van elke kleur, vorm of gedaante.

Dit meldt EurekAlert. Omdat kunststoffen verschillende additieven bevatten, zoals kleurstof, vulstof en brandvertragers kunnen weinig plastics worden gerecycled zonder in te leveren op prestatie of uiterlijk. Zelf het veel gerecyclede PET wordt maar voor twintig tot dertig procent gerecycled terwijl de rest wordt verbrand of gestort of anderszins in het milieu verdwijnt waarna het eeuwen duurt voordat dit koolstofrijke materiaal is opgelost.

 

Lego-blokjes

 

Een team van onderzoekers van Lawrence Berkeley National Laboratory  van het Department of Energy's in de Verenigde Staten heeft een recyclebaar plastic ontwikkeld dat net als Lego-blokjes uit elkaar kan worden gehaald tot zijn kleinste delen op moleculair niveau en weer vervolgens keer op keer terug in elkaar gezet kan worden in een andere vorm, textuur en kleur zonder verlies van prestaties of kwaliteit. Het nieuwe materiaal polydiketoenamine of PDK werd gepresenteerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Chemistry. "De meeste plastics zijn niet voor recycling gemaakt", aldus mede-auteur en onderzoeker Peter Christensen. "Maar we hebben een nieuw manier ontdekt om plastics te bouwen die rekening houden met recycling op moleculair niveau." Christensen was onderdeel van het multidisciplinaire team dat werd geleid door Brett Helms. De andere mede-auteurs waren Angelique Scheuermann en  Kathryn Loeffler.

 

Originele monomeren

Alle kunststoffen, van waterflessen tot auto-onderdelen, zijn gemaakt van polymeren, grote molecuulketens die zijn opgebouwd uit monomeren.  Volgens de onderzoekers is het probleem met veel plastics dat de toegevoegde chemicaliën om ze bruikbaar te maken zoals vulstoffen en weekmakers  vast zitten aan de monomeer en in het plastic blijven zelfs na verwerking in de recyclingfabriek.  In zo'n proces worden vaak allerlei kunststoffen met verschillende chemische samenstellingen zoals hard plastic, rekbaar plastic, transparant of  snoepkleurig plastic versnipperd en het opnieuw versmelten leidt tot een nieuw materiaal met onvoorspelbare eigenschappen. Dit staat in de weg dat plastic kan worden hergebruikt in een circulair systeem met originele monomeren waarmee zelfs kan worden ge-upcycled  tot een beter kwaliteit product. Helms: "Circulaire plastics en upcycling van plastics zijn de grote uitdagingen. Wij zien de gevolgen van plastics die lekken naar de ecosystemen zoals de oceanen en dit zal alleen maar verergeren."

 

Omkeerbare verbindingen

De researchers willen plastics weghouden van oceanen en stortplaatsen door inzameling en hergebruik te intensiveren en dit zou mogelijk zijn met  polymeren van PDK's. "Hiermee kunnen de onverbreekbare verbindingen van conventionele plastics worden vervangen door omkeerbare verbindingen waardoor plastics efficiënter kunnen worden gerecycled", aldus Helms.
De monomeren van PDK-plastic kunnen worden teruggewonnen en worden bevrijd van alle additieven uit de compound simpelweg door het materiaal onder te dompelen in een sterk zere oplossing. Het zuur helpt bij het afbreken van de verbindingen tussen de monomeren en bij het scheiden van chemische additieven die het plastic zijn look-and-feel geven. "Wij zijn geïnteresseerd in de chemie die de levenscyclus van plastic verandert van lineair in circulair. We zien een kans om verschil te maken daar waar geen recyclingopties zijn", aldus Helms. Het gaat bijvoorbeeld om lijmen, telefoonbehuizingen, horlogebandjes, schoenen, computerkabels en thermoharders.

 

Verrassing

De researchers ontdekten de circulaire eigenschappen van PDK-gebaseerde plastics toen Christensen verschillende zuren toevoegde aan glaswerk dat werd gebruikt om PDK-lijmen te maken en constateerde dat de compositie van de lijm was veranderd. Nieuwsgierig naar hoe dit zou hebben kunnen ontstaan, bekeek Christensen de moleculaire structuur met een NMR (nuclear magnetic resonance) spectroscopisch instrument. "Tot onze verrassing zagen we de originele monomeren",  aldus Helms. Na het testen van de verschillende samenstellingen op de  Molecular Foundry toonde men aan dat het zuur niet alleen het PDK-polymeer afbreekt in de monomeer maar het proces maakt het de monomeren ook mogelijk te worden gescheiden van de verstrengelde additieven. Daarna toonde men aan dat de herwonnen PDK-monomeren weer kunnen veranderen in polymeren en die gerecyclede polymeren kunnen nieuwe plastics vormen zonder dat ze de kleur of andere eigenschappen van het originele materiaal erven. Men kan het plastic ook upcyclen door additionele eigenschappen toe te voegen zoals flexibiliteit.

 

Circular plastic toekomst

De onderzoekers geloven dat hun nieuwe plastic een goed alternatief kan zijn voor veel niet-recyclebare kunststoffen van vandaag de dag. "We zijn op een kritiek punt aanbeland waar we moeten nadenken over de infrastructuur die nodig is om de sortering en de verwerking van afval te verbeteren", aldus Helms. "Als deze faciliteiten worden ingericht voor recycling of upcycling van PDK's en aanverwante plastics zouden we in staat zijn veel efficiënter plastics weg te houden van de oceanen en de stortplaatsen.  Dit is een tijd om te beginnen met nadenken over hoe je zowel materialen als  recyclingfaciliteiten ontwerpt om circulaire plastics mogelijk te maken."

De onderzoekers willen nu eerst PDK-plastics ontwikkelen met een brede range van thermische en mechanische eigenschappen voor toepassingen in textiel, 3D-printing en schuim. Bovendien zoekt het team naar uitbreiding van de formuleringen door op planten gebaseerde materialen en andere duurzame bronnen te integreren.

 

In tegenstelling tot conventionele kunststoffen kunnen de monomeren van PDK-plastic worden teruggewonnen en ontdaan van elk additief uit de compound simpelweg door het materiaal te dompelen in een oplossing met een sterk zuur.

 

 

 

 
© KunststofenRubber.nl