کشفی مهم پلاستیک را به طور کامل قابل بازیافت می کند

بطری های پلاستیکی
اعتبار: © abimagestudio / Adobe Stock
 

سبک و هنوز محکم. پلاستیک عالی است - تا زمانی که دیگر نیازی به آن ندارید. از آنجا که پلاستیک حاوی افزودنی های مختلف مانند رنگ ها، پرکننده ها و یا بازدارنده های شعله است، پلاستیک های بسیار کمی می توانند بدون از دست دادن کیفیتِ عملکرد و زیبایی بازیافت شوند. حتی قابل بازیافت‌ترین پلاستیک، پلی اتیلن ترفتالات یا PET، فقط با نرخ 20 تا 30 درصد بازیافت می شود، بقیه عموما به کوره های آشغال سوزی یا محل های دفن زباله می روند جایی که قرن ها طول می کشد تا این مواد غنی از کربن تجزیه شوند.
 
در حال حاضر یک تیم از محققان در آزمایشگاه ملی  برکلی لورنس دپارتمان انرژی ایالات متحده (DOE) یک پلاستیک قابل بازیافت را طراحی کرده است که مانند یک مجموعه بازی لگو می تواند به قطعات تشکیل دهنده‌اش در سطح مولکولی تجزیه شود و سپس دوباره و دوباره، بدون از دست دادن عملکرد و یا کیفیت، به یک شکل، بافت، و رنگ متفاوت به هم متصل شود. این ماده جدید که پلی (دیکتوانامین) یا PDK نامیده می شود، در مجله شیمی طبیعت گزارش شده است.
 
پیتر کریستنسن، یک پژوهشگر پسا دکترا در کارخانه گداز مولکولی آزمایشگاه برکلی، گفت: "اکثر پلاستیک ها هرگز به این منظور ساخته نشده اند که قابل بازیافت باشند،" "اما ما راه جدیدی را کشف کرده ایم که پلاستیک هایی را سوار کنیم که در آنها از منظر مولکولی موضوع بازیافت در نظر گرفته شده است."
 
تمام پلاستیک ها، از بطری های آب گرفته تا قطعات خودرو، از مولکول های بزرگی به نام پلیمر ساخته می شوند که از واحدهای کوتاه‌تر تکرار شونده‌ی ترکیبات حاوی کربن به نام مونومر تشکیل شده‌اند.
 
بر طبق نظر محققان، مشکل با بسیاری از پلاستیک ها این است که مواد شیمیایی که به آنها اضافه شده تا آنها را مفید سازد - مانند پرکننده هایی که باعث سفتی پلاستیک می شوند یا نرم سازهایی که پلاستیک را انعطاف پذیر می کنند - محکم به مونومرها پیوند خورده اند و حتی پس از پردازش روی آنها در یک کارخانه بازیافت، در پلاستیک باقی می مانند.
 
در خلال پردازش در چنین کارخانجاتی، پلاستیک‌هایی با ترکیبات شیمیایی مختلف - پلاستیک سخت، پلاستیک کششی، پلاستیک روشن، پلاستیک آبنبات رنگی - در هم مخلوط و به قطعات ریز خرد می شوند. هنگامی که این آش در هم جوش از پلاستیک های ریز شده برای تولید مواد جدید ذوب می شود، سخت است پیش بینی کنیم که چه خواصی را از پلاستیک های اصلی به ارث می‌برد.
 
این وراثتِ خواص ناشناخته و بنابراین غیر قابل پیش بینی مانع از این شده است که  پلاستیک آن چیزی شود که بسیاری هدفِ مقدسِ بازیافت در نظر گرفته‌اند: یک ماده "چرخشی" که مونومرهای اصلی آن می توانند برای استفاده‌ی مجدد تا زمانی که ممکن است، ما راه جدیدی را کشف کرده ایم که پلاستیک هایی را سوار کنیم که در آنها از منظر مولکولی موضوع بازیافت در نظر گرفته شده است. بازیابی شوند یا برای ساخت یک محصول جدید و با کیفیت‌تر، ارتقاء سیکل پیدا کنند.
 
بنابراین، هنگامی که یک کیسه خرید ساخته شده از پلاستیک بازیافتی با فرسایش و پارگی مندرس می شود، نمی توان از مواد آن برای تولیدی دیگر استفاده کرد یا حتی مجددا آن را برای تولیدی نو بازیافت کرد. هلمز گفت: "و هنگامی که کیسه به پایان عمر خود رسیده باشد، یا آن را برای تولید حرارت، برق و یا به عنوان سوخت می سوزانند یا در یک محل دفن زباله دفن می کنند."
 
او گفت: "بازیافت پلاستیک و یا استفاده از مواد آن چالش های بزرگی است." "ما قبلا متوجه تاثیر ضایعات پلاستیک در اکوسیستم های آبی خود شده ایم و این روند احتمالا با افزایش تولید پلاستیک و فشار پایین دست آن بر روی زیر ساخت‌های بازیافت شهری قرار است افزایش یابد."
 

محققان می خواهند مسیر سرنوشت پلاستیک ها را، با انگیزه بهبود و استفاده مجدد از پلاستیک که با پلیمرهای تشکیل شده از PDK امکان پذیر است، از محل های دفن زباله و اقیانوس ها منحرف کنند. هلمز گفت: "با PDK ها، پیوندهای غیر قابل تغییر پلاستیک های معمولی با پیوندهای برگشت پذیر جایگزین می شوند که این اجازه می دهد که پلاستیک به طور مؤثر بازیافت شود."
 
بر خلاف پلاستیکهای مرسوم، مونومرهای پلاستیک PDK می‌توانند بازیابی شوند و به سادگی با غوطه دادن ماده در یک محلول اسیدی غلیظ از هر افزودنی ترکیبی آزاد شوند. اسید کمک می کند تا پیوندهای بین مونومرها بشکند و آنها را از افزودنی های شیمیایی که شکل و حس مربوطه را به پلاستیک داده است جدا می کند.

هلمز گفت: "ما علاقه مند به شیمی‌ای هستیم که چرخه های حیات پلاستیک را از حالت خطی به دایره ای جهت دهی مجدد کند." "ما فرصتی را برای جایی که هیچ گزینه بازیافتی وجود ندارد، ایجاد کنیم." این شامل چسب ها، کیس‌های تلفن، باندهای تماشا، کفش‌ها، کابل‌های کامپیوتر و سِت‌های گرمایی سخت هستند که با قالب ریزی مواد پلاستیکی داغ به وجود می‌آیند.
 
محققان ابتدا ویژگی گردشی هیجان انگیز پلاستک های مبتنی بر PDK را زمانی کشف کردند که کریستنسن اسیدهای مختلفی را در ظروف شیشه ای مورد استفاده برای ساخت چسب های PDK به کار می برد و متوجه شد که ترکیب چسب تغییر کرده است. ما علاقه مند به شیمی‌ای هستیم که چرخه های حیات پلاستیک را از حالت خطی به دایره ای جهت دهی مجدد کند. کریستنسن، ساختار مولکولی نمونه را با دستگاه اسپکتروسکوپی NMR (تشدید مغناطیسی هسته‌ای)، تحلیل کرد. هلمز گفت: "در کمال تعجب ما، آنها مونومرهای اصلی بودند."
 
پس از آزمایش فرمولاسیون های مختلف در ریخته گری مولکولی، آنها نشان دادند که نه تنها اسید، پلیمرهای PDK را به مونومرها تجزیه می کند، بلکه این فرایند باعث می شود که مونومرها از افزودنی های پیچیده شده در ماده جدا شوند. بعد، آنها ثابت کردند که مونومرهای بهبود یافته PDK را می توان به پلیمر تبدیل کرد و این پلیمر های بازیافتی می توانند مواد پلاستیکی جدید را بدون هیچ میراثی از رنگ یا سایر ویژگی های مواد اصلی ایجاد کنند.
 

منبع: آزمایشگاه ملی DOE / Lawrence Berkeley