Возьмем, к примеру, полиэтилентерефталат, пластик, используемый для изготовления бутылок из-под газировки и волокон для одежды. Кроме того, существует полиэтилен высокой плотности, из которого изготавливают бутылки для шампуня, кувшины для молока и разделочные доски. Не забудьте о полистироле для упаковки или полиэтилене низкой плотности, из которого изготавливают пищевую пленку и пакеты для продуктов.

Все это пластмассы, которые являются наиболее широко используемыми типами полимеров - макромолекул, состоящих из повторяющихся звеньев малых молекул, называемых мономерами. Пластмассы, бывшие в употреблении, почти всегда собираются в виде смешанного потока отходов, и изделия часто изготавливаются из двух или более видов пластмасс.

Плохая новость заключается в том, что все эти изделия, хотя и являются "пластмассами", химически и физически несовместимы, и нет хорошего промышленного метода для их повторного использования или переработки в другие полезные продукты. Вот почему большая часть тех "вторсырья", которые вы каждую неделю выбрасываете в мусорные баки, отправляется на свалку. Даже после тщательной сортировки и разделения на отдельные пластики механическая переработка обычно приводит к получению некачественных продуктов, называемых обратным циклом.

Химики-полимерщики из Университета штата Колорадо уже давно являются лидерами в поиске способов решения экологических проблем, которые люди создают с помощью пластиковых отходов. Теперь они разработали принципиально новую химию, которая является творческим решением проблемы переработки пластмасс различного назначения.

Возглавляемая заслуженным профессором университета Юджином Ченом с химического факультета, а также Томиславом Ровисом и Санатом Кумаром, профессорами Колумбийского университета (Ровис ранее был преподавателем CSU), команда разработала новую химическую стратегию, которая обеспечивает доставку специально разработанных малых молекул, называемых универсальными динамическими сшивателями, в смешанные пластиковые потоки. Эти сшиватели превращают бывшую смесь несмешиваемых материалов в новый жизнеспособный набор полимеров, которые могут быть превращены в новые, более ценные, пригодные для повторной переработки материалы, процесс, известный как повторный цикл. Их работа опубликована в журнале Природа.

Динамические сшивающие устройства

При нагревании и обработке вместе с добавлением динамических сшивающих веществ в небольших количествах смешанные пластмассы становятся совместимыми друг с другом за счет образования на месте нового материала, называемого мультиблочным сополимером.

Кумар сравнил блок-сополимеры с молекулами мыла, которые делают воду совместимой с молекулами маслянистой грязи. "Аналогичным образом, эти новые типы динамически формуемых "мыл", то есть блок-сополимеров, обеспечивают совместимость смешанных пластмасс и делают их пригодными для использования в качестве нового вида материала с полезными свойствами".

Этот новый метод вторичной переработки, который не включает в себя деконструкцию или реконструкцию какого-либо из исходных полимеров, представляет собой потенциальное решение для повторного использования материалов и энергии, содержащихся в смесевых пластмассах после потребления, которые обычно оказываются на свалках.

Команда разработала свои сшиватели и протестировала их на различных пластмассах, включая образцы полиэтиленовых пакетов Ziploc и полилактидных стаканчиков без предварительной очистки или удаления добавок или красителей, которые обычно присутствуют в изделиях из пластика после потребления. Они объединили свои эксперименты с модельными исследованиями, чтобы убедиться, что сшивающие вещества индуцируют образование новых мультиблочных сополимеров.

"Система настолько эффективна, что позволяет совместить три разных полимера в единый новый материал", - сказал Ровис.

Многократные циклы использования

Исследователи полагают, что их новая стратегия может помочь достичь конечной цели повторного использования смешанных пластиковых отходов в течение нескольких циклов использования, сказал Чен.

"Ключевым препятствием является стоимость; мы говорим о миллионах тонн пластиковых отходов, и вы должны учитывать, сколько этих динамических сшивающих веществ вам нужно, хотя в настоящее время нам требуется всего менее 5% от массы пластика в нашем процессе переработки. Как и во многих фундаментальных открытиях, сделанных в истории, практические препятствия существуют в самом начале, но мы очень взволнованы будущим потенциалом ".

Работа была выполнена в CSU при поддержке Консорциума BOTTLE Министерства энергетики и программы фундаментальных энергетических наук.