Разработан пластик, который можно бесконечно перерабатывать без потерь

Национальная лаборатория им. Лоуренса Беркли (Berkeley Lab) Министерства энергетики США выпустила новый вид полимера, который, подобно конструктору LEGO, можно разбирать и собирать в другую форму, текстуру и цвет без ущерба для его качеств. Новый материал называется «полидикетоенамин», или PDK.

Пластик с изюминкой

Большинство пластика никогда не производили для повторного использования, но обнаружен новый способ создания пластмасс, который учитывает переработку с молекулярной точки зрения.

ПЭТ — полиэтилентерефталат, самый перерабатываемый на сегодняшний день пластик, но он перерабатывается только на 20-30%. Остальное попадает на мусоросжигательные заводы, на свалки или в океаны.

Пластмасса, в основном, представляет собой длинные цепочки молекул на основе углерода (мономер), связанных вместе с образованием полимеров (мономеры). Их структура делает их химически стабильными, то есть они не ржавеют. Чтобы приспособить их к конкретному применению, производители используют химические добавки для улучшения определенных свойств. Наполнители, например, делают пластик жестким, в то время как пластификаторы делают его гибким. Эти добавки химически связаны друг с другом. Поэтому их практически невозможно удалить, даже если пластмасса перерабатывается на специализированных заводах. Пластмассы с различным химическим составом смешиваются, измельчаются и расплавляются в процессе переработки. Невозможно предсказать свойства полученного материала до его непосредственного появления.

Переработанный пластик унаследует неизвестные добавки и это препятствует материалу восстановить исходные строительные блоки (мономеры) для повторного использования.

PDK пластик. В отличие от обычных пластиков, мономеры пластмассы PDK могут быть извлечены и освобождены от любых составных добавок просто путем погружения материала в сильно кислый раствор. Фото: Berkeley Lab.

Переработка пластмассы является большой проблемой. Сегодня мы сполна наблюдаем последствия попадания пластиковых отходов в водные экосистемы, и эта ситуация, вероятно, будет усугубляться с увеличением количества производимого пластика.

Мономеры, из которых состоит PDK, можно отделить от любых добавок, просто погрузив пластик в сильнокислый раствор. Кислота разрушает связи между мономерами и добавками.

Это свойство было впервые обнаружено, когда ученый наносил различные кислоты на стеклянную посуду, используемую для изготовления клеев PDK, и заметил, что клей изменился. Далее исследователь проанализировал пластик с помощью ЯМР (ядерного магнитного резонанса), спектроскопического прибора и обнаружил оригинальные мономеры.

Последующие исследования в молекулярном литейном производстве показали, что кислота расщепляет полимеры PDK на мономеры, а также отделяет их от добавочных молекул. Мономеры PDK могут быть повторно отлиты в полимеры, а переработанные полимеры не унаследуют никаких признаков исходного материала. Пластик также может быть переработан с использованием добавок, таких как пластификаторы. Исследователи полагают, что их новый пластик может стать хорошей альтернативой многим неперерабатываемым пластикам, используемым сегодня.

Ученые так же планируют разрабатывать PDK-пластики с широким спектром термических и механических свойств для использования в текстиле и 3D-печати. Они также стремятся включить больше растительных соединений и других экологически чистых материалов в пластмассу PDK.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Chemistry. https://www.nature.com/articles/s41557-019-0249-2