ПВХ составляет огромное количество пластмасс, которые мы используем ежедневно. Большая часть пластика, используемого в больничном оборудовании - трубки, пакеты для крови, маски и многое другое, - это ПВХ, как и большинство трубопроводов, используемых в современной сантехнике. Оконные рамы, отделка корпуса, сайдинг и напольное покрытие изготовлены из ПВХ или включают в себя его. Он покрывает электрическую проводку и включает в себя такие материалы, как занавески для душа, палатки, брезент и одежду.

Он также имеет нулевой процент утилизации в Соединенных Штатах.

Теперь исследователи Мичиганского университета во главе с первым автором исследования Даниэль Фаньяни и главным исследователем Энн Макнил обнаружили способ химической переработки ПВХ в пригодный для использования материал. Самая удачная часть исследования? Исследователи нашли способ использовать фталаты в пластификаторах - один из самых вредных компонентов ПВХ - в качестве посредника для химической реакции. Их результаты опубликованы в журнале Nature Chemistry.

"ПВХ - это тот вид пластика, с которым никто не хочет иметь дело, потому что у него есть свой собственный уникальный набор проблем", - сказал Фаньяни, который завершил работу в качестве постдокторского исследователя на химическом факультете U-M. "ПВХ обычно содержит много пластификаторов, которые загрязняют все в процессе переработки и обычно очень токсичны. Он также очень быстро выделяет соляную кислоту при некотором нагревании".

Пластик обычно перерабатывается путем его расплавления и преобразования в материалы более низкого качества в процессе, называемом механической переработкой. Но когда к ПВХ прикладывается тепло, один из его основных компонентов, называемых пластификаторами, очень легко вымывается из материала, говорит Макнил.

Затем они могут попасть в другие пластмассы в процессе переработки. Кроме того, соляная кислота легко выделяется из ПВХ при нагревании. Это может привести к коррозии оборудования для переработки отходов и вызвать химические ожоги кожи и глаз, что не идеально для работников завода по переработке отходов.

Более того, фталаты - обычный пластификатор - являются высокотоксичными эндокринными разрушителями, что означает, что они могут влиять на гормоны щитовидной железы, гормоны роста и гормоны, участвующие в размножении у млекопитающих, включая человека.

Итак, чтобы найти способ переработки ПВХ, который не требует нагрева, Фаньяни начал изучать электрохимию. Попутно она и ее команда обнаружили, что пластификатор, который представляет одну из основных трудностей при переработке, может быть использован в методе разрушения ПВХ. Фактически, пластификатор повышает эффективность метода, а электрохимический метод решает проблему с соляной кислотой.

"Мы обнаружили, что он все еще выделяет соляную кислоту, но гораздо медленнее и с более контролируемой скоростью", - сказал Фаньяни.

По словам Фаньяни, ПВХ - это полимер с углеводородной основой, состоящий из одиночных углерод-углеродных связей. К каждой другой углеродной группе присоединена группа хлора. При тепловой активации соляная кислота быстро отделяется, в результате чего образуется двойная углерод-углеродная связь вдоль основной цепи полимера.

Но исследовательская группа вместо этого использует электрохимию для введения электрона в систему, что приводит к тому, что система имеет отрицательный заряд. Это разрывает углерод-хлоридную связь и приводит к образованию отрицательно заряженного хлорид-иона. Поскольку исследователи используют электрохимию, они могут измерить скорость, с которой электроны вводятся в систему, что определяет, насколько быстро образуется соляная кислота.

Затем кислота может быть использована промышленностью в качестве реагента для других химических реакций. Хлорид-ионы также могут быть использованы для хлорирования небольших молекул, называемых аренами. Эти арены могут быть использованы в фармацевтических и сельскохозяйственных компонентах. От полимера остался материал, для которого, по словам Макнила, группа все еще ищет применение. Фаньяни говорит, что исследование показывает, как ученые могли бы подумать о химической переработке других сложных материалов.

"Давайте подходить стратегически к добавкам, которые входят в состав пластмасс. Давайте подумаем о процессе использования и окончании использования с точки зрения добавок", - сказал Фаньяни, который в настоящее время является научным сотрудником Ashland, компании, специализирующейся на производстве биоразлагаемых специальных добавок к потребительским товарам, таким как стиральные порошки, солнцезащитные кремы и шампуни. "Нынешние члены группы пытаются еще больше повысить эффективность этого процесса".

В центре внимания лаборатории Макнила была разработка способов химической переработки различных видов пластмасс. Расщепление пластмасс на их составные части может привести к получению неразлагаемых материалов, которые промышленность может использовать обратно в производстве.

"Это ошибка человечества - создать эти удивительные материалы, которые во многих отношениях улучшили нашу жизнь, но в то же время быть настолько недальновидными, что мы не подумали о том, что делать с отходами", - сказал Макнил. "В Соединенных Штатах мы все еще придерживаемся уровня переработки в 9%, и это всего лишь несколько видов пластмасс. И даже для пластмасс, которые мы перерабатываем, это приводит к получению полимеров все более низкого качества. Наши бутылки для напитков никогда больше не станут бутылками для напитков. Они становятся тканью или парковой скамейкой, которая затем оказывается на свалке".