En ny process skulle kunna minska mängden plast som grävs ned i soptippar. Idén: Konvertera vissa typer som inte kan återvinnas till en typ som kan värmas upp och sedan reformeras.
Av de mer än 35,4 miljoner ton plast som produceras varje år i USA, andel som återvinns “är relativt liten”, konstaterar Naturvårdsverket – bara 8,4 procent från och med 2017. Mer än en tredjedel, tillägger den, hamnar så småningom som avfall till deponier.
Plast kan ta hundratals år att brytas ned, eller att brytas ned kemiskt. Och när de begravs i soptippar tar de upp värdefull plats. Annat plastavfall hamnar i hav, vattendrag och andra vattendrag. Där bryts de isär till små partiklar, så kallade mikroplaster. Vissa innehåller skadliga tillsatser. Mikroplaster kan också ge en yta för andra föroreningar och mikrober att hålla fast vid. Och de där plastbitarna kan byggas upp i vissa djur också.
Glasflaskan till höger visar återvinningsbart plastpulver tillverkat av i övrigt icke återvinningsbara bitar av härdplast epoxiplast, till exempel vad som finns i röret till vänster.L. Yue/Case Western Reserve University
Några typer av plast kan smältas och omvandlas till nya föremål. Många dryckesflaskor, LEGO-klossar och andra produkter (märkta med en 1 eller 2) kan återvinnas på detta sätt. Deras molekyler är i grunden långa kedjor av återkommande grupper av atomer.
Än så länge finns det dock inget sätt att återvinna vad som kallas härdplast. Prefixet termo- hänvisar till värme eller temperatur. Processen att tillverka dessa plaster kräver mjuka fasta ämnen eller vätskor och härdar dem sedan, vanligtvis genom upphettning.
Den härdningen bildar tvärbindningar mellan grupper av atomer i denna plast. Det nätverket av sammanlänkade atomer gör dessa lätta plaster starka nog att motstå stötar. De är också bra isolatorer för värme och elektricitet.
“De flesta plastkomponenterna i ett flygplan är härdade material”, säger Ica Manas-Zloczower. Hon är kemiingenjör vid Case Western Reserve University i Cleveland, Ohio. ”Du har härdare i bilar. Du har härdare i byggnader.” Dessa plaster används ofta och dyker upp i produkter som sträcker sig från mobiltelefoner till vindkraftsblad.
Deras permanenta tvärbindningar har inneburit att dessa plaster inte bara kan smältas och omformas. Men det kan snart ändras.
Är vitrimer lösningen?
För cirka 10 år sedan utvecklade forskare i Frankrike plaster med lösbara tvärbindningar. De är kända som vitrimerer . Tänk på en folkdans där folk byter partner, säger Manas-Zloczower. Här säger grupper av atomer adjö till sina partners när deras tvärbindningar går isär. Sedan går grupperna ihop för att korsbinda med nya partners.
Förra året ingick Manas-Zloczower och Liang Yue, också på Case Western, i ett team som utvecklade en process för att omvandla härdplast till sådana vitrimerer. Nu har denna grupp förbättrat processen ännu mer. Plast tillverkad på detta sätt kan återvinnas om och om igen.
En ny process erbjuder ett sätt att tillverka vitrimerer. Detta ändrar fasta tvärbindningar i vissa typer av plast till dynamiska, föränderliga. Det kan göra det nya materialet återvinningsbart.Case Western Reserve Universitet
Telaget kombinerade bitar av en typ av härdplast med en liten mängd av en zinkbaserad förening. De tillsatte blandningen i en kulkvarn. Det är en högenergikvarn med kulor gjorda av metall eller något annat hållbart material. Kulkvarnens mekaniska energi förvandlar plasten till ett fint pulver. Processen skapar också radikaler – molekyler med en eller flera oparade yttre elektroner.
“Radikaler är väldigt reaktiva”, säger Yue. I blandningen reagerar radikalerna med andra molekyler för att omvandla tvärbundna kemiska bindningar till de icke-permanenta typerna som finns i vitrimerer. Detta pulver kan nu pressas in i en uppvärmd form för att bilda en ny form. Senare kan den nya plasten värmas upp och formas igen, utan att tillföra mer av zinkmaterialet.
På det sättet, konstaterar han, kan dessa plaster “bearbetas om och om igen.”
Forskaren Liang Yue står bakom en kulkvarn i labbskala vid Case Western Reserve University. Hans team använde det för att hitta ett sätt att äntligen återvinna vissa utmanande typer av plast.L. Yue/Case Western Reserve University
En liknande tillvägagångssätt kan också fungera för andra typer av härdplast, säger Manas-Zloczower. De kan förlita sig på andra kemikalier än zinkföreningen. Vissa vitrimerplaster kan till och med prestera bättre än de ursprungliga härdplasterna för vissa användningsområden. Andra kanske presterar mindre bra. Till exempel kan man tåla större kraft innan den går sönder – men vara mindre flexibel.
Teamet letar nu efter affärspartners för att hjälpa gruppen att skala upp sin nya process. Mer forskning om möjliga effekter från olika tillsatser i dessa plaster kommer också att behövas, konstaterar Yue. Hans grupp beskrev sin nya återvinningsbara vitrimerplast i 16 juni ACS Macro Letters.
“Idén att konvertera befintliga härdplaster till glaskroppar är väldigt tilltalande, säger Tanja Junkers. Hon är polymerkemist vid Monash University i Clayton, Australien. Även om det är en ny process skulle den kunna tillämpas på polymeravfall som producerats länge tidigare, förklarar hon. Men först måste en fullständig bedömning av den här tekniken och den nya plasten testas fullständigt, säger hon.
Teamets tillvägagångssätt är “relativt enkelt” jämfört med vissa metoder, tillägger Junkers. “Men det är precis den enkelheten som gör att den potentiellt kan tillämpas i den verkliga världen.”
Leave a Reply