Chemiker stellen sich der Herausforderung des Recyclings von Mischplastik: Neue chemische Strategie liefert universelle dynamische Vernetzer in gemischte Plastikströme
Polymerchemiker haben Wege gefunden, um die von den Menschen verursachten Umweltprobleme durch Plastikabfälle zu bekämpfen. Jetzt hat ein Team grundlegende neue Chemie entwickelt, die eine kreative Lösung für das Recycling von Mischplastik bietet.
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Plastik ist überall in unserem täglichen Leben, aber nicht alle Plastiksorten sind gleich – im Gegenteil. Nehmen wir zum Beispiel Polyethylenterephthalat, das zum Herstellen von Cola-Flaschen und Kleidungsfasern verwendet wird. Dann gibt es noch Polyethylen hoher Dichte, aus dem Shampoo-Flaschen, Milchkanister und Schneidebretter hergestellt werden. Vergessen wir nicht Polystyrol für Verpackungen oder Polyethylen niedriger Dichte, aus dem wir Frischhaltefolie und Einkaufstüten herstellen.
All dies sind Plastikarten, die die am weitesten verbreiteten Arten von Polymeren sind – Makromoleküle, die aus sich wiederholenden Einheiten kleiner Moleküle namens Monomere bestehen. Post-Consumer-Plastik wird fast immer als gemischter Abfallstrom gesammelt, und es werden oft Produkte aus zwei oder mehr Arten von Kunststoffen hergestellt.
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Die schlechte Nachricht ist, dass diese Artikel, obwohl alle „Kunststoffe“, chemisch und physikalisch inkompatibel sind, und es keine gute industrielle Methode gibt, sie zu wiederverwerten oder in andere nützliche Produkte zu verarbeiten. Deshalb landen die meisten dieser „Recyclables“, die Sie jede Woche in Behälter werfen, auf einer Mülldeponie. Selbst nach sorgfältiger Sortierung und Trennung in einzelne Kunststoffe ergibt mechanisches Recycling in der Regel minderwertige Produkte, die als Downcycling bezeichnet werden.
Polymerchemiker an der Colorado State University sind seit langem führend darin, Wege zu finden, um die Umweltprobleme zu bekämpfen, die durch Plastikabfälle verursacht werden. Jetzt haben sie grundlegende neue Chemie entwickelt, die eine kreative Lösung für die Herausforderung des Recyclings von Mischplastik bietet.
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Unter der Leitung von Universitätsprofessor Eugene Chen vom Fachbereich Chemie und Tomislav Rovis und Sanat Kumar, Professoren an der Columbia University (Rovis war früher Mitglied der Fakultät an der CSU), hat das Team eine neue chemische Strategie entwickelt, die speziell entworfene kleine Moleküle namens universelle dynamische Vernetzer in gemischte Kunststoffströme liefert. Diese Vernetzer wandeln ein ehemaliges Durcheinander aus unvermischbaren Materialien in einen neuen Satz von Polymeren um, der in neue, höherwertige, wiederverarbeitbare Materialien umgewandelt werden kann, ein Prozess, der als Upcycling bekannt ist. Ihre Arbeit ist im Journal Nature veröffentlicht.
Dynamische Vernetzer
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Wenn die gemischten Kunststoffe zusammen mit den dynamischen Vernetzern bei Erhitzung und Verarbeitung in kleinen Mengen hinzugefügt werden, werden sie durch die in-situ Bildung eines neuen Materials namens Multiblock-Copolymer miteinander kompatibel gemacht.
Kumar verglich die Blockcopolymere mit Seifenmolekülen, die Wasser kompatibel mit öligen Schmutzmolekülen machen. „Auf ähnliche Weise machen diese neuen Arten von dynamisch geformten ‚Seifen‘, d.h. die Blockcopolymere, gemischte Kunststoffe kompatibel und machen sie zu einem neuen Material mit nützlichen Eigenschaften.“
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Diese neue Methode des Upcyclings, die keine De- oder Rekonstruktion der ursprünglichen Polymere erfordert, bietet eine potenzielle Lösung für die Rückgewinnung von Materialien und Energie, die in Post-Consumer-Mischplastik enthalten sind, die in der Regel auf Mülldeponien enden
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