Ученые разработали новый метод переработки пластмассы HDPE без потери качества

Ученые из Института кооперативной переработки пластмасс (iCOUP) при Министерстве энергетики США и Корнеллского университета разработали новый метод переработки полиэтилена высокой плотности (HDPE). Используя новаторский катализаторный подход, они превратили отходы HDPE в новый материал, который можно перерабатывать бесконечное число раз без потери качества. Их работа описана в статье, опубликованной в журнале American Chemical Society.

– Пластик останется с нами навсегда, – рассказал один из авторов исследования Массимилиано Дельферро. – Он обеспечивает функциональность, которую не может предоставить ни один другой материал. Нам необходимо найти способы уменьшения вредных последствий использования пластика, улучшая его переработку.

Новый подход команды превращает использованный HDPE в полностью перерабатываемый и потенциально биоразлагаемый материал с теми же механическими и тепловыми свойствами, что и у исходного одноразового пластика. Если подобные методы будут широко применяться, они могут помочь уменьшить выбросы углерода и загрязнение, связанные с HDPE.

– Мы используем отходы пластика вместо ископаемого топлива, – поделился еще один исследователь Джеффри Коутс из Корнеллского университета. – Вместо того, чтобы бурить нефть и загрязнять окружающую среду, мы используем то, что в противном случае будет сожжено или останется на свалке.

Как и другие пластмассы, HDPE состоит из длинных цепочек атомов, называемых полимерными цепями. Новый подход команды использует ряд катализаторов или химических веществ, которые ускоряют химические реакции, чтобы разбить полимерные цепи HDPE на более короткие фрагменты, содержащие реакционноспособные группы атомов на концах. Затем эти кусочки можно снова собрать или подвергнуть повторной полимеризации для создания новых пластиковых изделий. Дополнительным преимуществом реактивных концевых групп является облегчение разложения нового пластика как в лаборатории, так и потенциально в природе.

Команда ученых провела первый этап катализа бывших в употреблении продуктов из HDPE, включая кувшины для воды и упаковку. Катализаторы случайным образом выбирают, какие места в полимерных цепях изменить, чтобы сделать их реакционноспособными. Чем дольше ученые оставляют полиэтилен высокой плотности с катализатором, тем активнее активируются цепи. 

Затем команда из Корнелла взяла эти активированные полимерные цепи и подвергла их воздействию другого катализатора. На этом этапе катализатор разрывает цепи и дополнительно изменяет концы, чтобы обеспечить повторную сборку. 

Основная задача заключалась в том, чтобы воспроизвести в новом материале те же свойства материала, что и HDPE, такие как прочность и гибкость по сравнению с хрупкостью. Когда катализаторы разрушают HDPE, важно, чтобы оставалось достаточно длинных полимерных цепей, которые связывались бы друг с другом наподобие нитей, делая материал более устойчивым к нагрузкам.

Точно настроив катализаторы, ученым удалось разбить полимерные цепи таким образом, чтобы обеспечить контролируемое количество разветвлений при реполимеризации материала. Это разветвление позволило цепочкам образовываться из концевых групп, тем самым увеличивая среднюю длину цепей в полученном материале. Такой подход привел к получению материала с такими же свойствами, как у исходного HDPE, и с большей пригодностью для повторного использования.

Сейчас ученые сосредоточились на вопросе биоразлагаемости материала и возможности сокращения необходимых каталитических материалов, что должно способствовать повышению экономической рентабельности технологии. Кроме того, ученые планируют применить разработанную и методологию и к другим видам пластика.