В этом свете переработка пластмасс, таких как полимеры, является многообещающей устойчивой альтернативой обращению с отходами. Но это влечет за собой разрыв химических связей между мономерами (строительными блоками полимеров), что снижает их общую стабильность и качество. Решая эту проблему, исследователи разработали методы переработки полимеров по "замкнутому циклу", то есть без потери этих свойств. Однако эти методы сложны и дороги и требуют применения специализированных мономеров, что требует дальнейших инноваций.

В этом направлении группа исследователей во главе с Дайсуке Судзуки, адъюнкт-профессором Университета Синшу, недавно предложила замкнутый цикл переработки отходов на основе полимерных микрочастиц. Их работа, в соавторстве с доктором Такуми Ватанабэ и доктором Харукой Минато из Университета Синшу, была опубликована в журнале Зеленая химия.

Профессор Suzuki кратко объясняет обоснование своей стратегии: "Переработка материалов без порчи (переработка по замкнутому циклу) привлекательна с точки зрения сокращения антропогенных отходов. Однако в настоящее время это остается очень сложным, учитывая, что обычно существует компромисс между механической стабильностью и способностью полимерных материалов к разложению. Наша концепция переработки материалов с использованием микрочастиц позволяет перерабатывать огромное количество функциональных полимерных материалов, которые мы используем в повседневной жизни, и потенциально может решить проблемы истощения ресурсов и загрязнения окружающей среды".

В своем исследовании авторы получили полимерные микрочастицы путем водной эмульсионной полимеризации мономеров метакрилата (МА) в воде, в результате чего образовались полимерные цепочки. Они агрегируются, образуя раствор, содержащий однородные сферические микрочастицы полиамида. Затем раствор высушивали, чтобы получить тонкую полимерную пленку с физическими (в отличие от химических) поперечными связями между микрочастицами, которые можно было повторно получить, растворив пленку в этаноле. Эти переработанные микрочастицы, в свою очередь, могут быть повторно использованы для получения различных переработанных материалов.

Пленки, синтезированные в этой работе, обладают несколькими желаемыми свойствами, которые они сохраняют при вторичной переработке. Они обладают высокой механической стабильностью и энергией разрушения, что является показателем их ударной вязкости. Последнее свойство увеличивается с увеличением толщины межфазной поверхности между микрочастицами poly-MA. Это, в свою очередь, уменьшается со степенью сшивания между частицами, но увеличивается при нагревании пленки.

Исследователи еще больше увеличили энергию разрушения полимерных пленок, смешав микрочастицы с нанонаполнителями из кремнезема. Кроме того, добавление цветных пигментов придавало полученным композитным пленкам настраиваемые оптические свойства, которые не ухудшались при вторичной переработке. Эти результаты свидетельствуют о том, что рециркуляция по замкнутому циклу на основе полимерных микрочастиц обеспечит циркуляцию ресурсов для полимеров, а также многих других композиционных материалов, которые содержат полимерные микрочастицы для создания адгезионных поверхностей раздела между их различными слоями.

В заключение, проф. Судзуки подчеркивает будущий потенциал настоящей работы. "Наша концепция может привести к производству полностью пригодных для вторичной переработки пленок с высокой энергией разрушения. Таким образом, это позволит перерабатывать огромное количество различных полимерных материалов, тем самым сокращая количество пластиковых отходов и потенциально решая проблемы деградации окружающей среды и загрязнения пластиком".

Стратегия переработки по "замкнутому" циклу, безусловно, "открывает" новые возможности для эффективной и устойчивой переработки полимерных материалов!