Одна из основных проблем, связанных с переработкой полиэтилена, на который приходится треть всего производства пластика в мире, является экономической: переработанные пакеты превращаются в малоценные продукты, что не дает стимула для повторного использования отходов. Новый химический процесс, разработанный в Калифорнийском университете в Беркли, может изменить текущее положение вещей, превращая полиэтилен в клей.
«Идея состоит в том, что полиэтиленовый пакет, который не представляет никакой ценности, вы превратите в нечто нужное», - сказал Джон Хартвиг, руководитель исследовательской группы. «Но это будет не просто. Полиэтилен обычно содержит от 2 000 до 10 000 атомов углерода в цепи, с двумя атомами водорода на каждом атоме углерода - это целый океан групп CH 2, называемых метиленами», - сказал он.
Для большинства пластмасс переработка означает измельчение и производство других продуктов, но при этом теряются многие свойства, присутствующие в исходном пластике. И хотя современные методы переработки могут расщеплять пластмассы на их химические составляющие, для использования в качестве топлива или смазочных материалов, эти продукты имеют низкую ценность или же имеют короткий срок службы.
Химический процесс, разработанный Хартвигом и его коллегами, сохраняет многие оригинальные свойства полиэтилена, но добавляет к полимеру химическую группу, которая заставляет его приклеиваться к металлу: обычно полиэтилен плохо справляется с этой задачей. Его команда показала, что модифицированный полиэтилен можно красить даже латексом на водной основе. Латекс легко отслаивается от стандартного полиэтилена низкой плотности, известного как LDPE. «Мы можем улучшить адгезию, сохранив при этом все другие свойства полиэтилена, которые промышленность считает столь полезными», - сказал соавтор Филипп Мессерсмит.
Хартвиг и научный сотрудник Лийе Чен остановились на катализаторе на основе рутения (полифторированный порфирин рутения), который удовлетворяет требованиям, а также может добавлять группы ОН в полимерную цепь, без разрыва высокореактивным гидроксилом. В результате реакции было получено соединение полиэтилена, которое плотно прилипает к металлическому алюминию, предположительно посредством молекул ОН, прикрепленных вдоль углеводородной цепи полиэтилена. Чтобы лучше понять адгезию, Чен объединился с Катериной Малоллари, аспирантом лаборатории Мессермита, которая занимается биологическими тканями с адгезионными свойствами, в частности клеем, производимым мидиями. Чен и Малоллари обнаружили, что добавление относительно небольшого процента спирта к полимеру увеличивает адгезию в 20 раз. «Катализ привел к химическим изменениям менее 10% полимера, но при этом резко повысил его способность прилипать к другим поверхностям», - сказал Мессерсмит. Такой полиэтилен облегчит производство искусственных тазобедренных суставов и коленных имплантов.
Хартвиг предвидит больше возможностей для функционализации сложных полимеров, включая наиболее распространенный пластик - полипропилен. «Мы - одни из немногих, кто смог выборочно ввести функциональную группу в длинноцепочечные углеводородные полимеры», - сказал он. «Одни люди могут разорвать цепи, а другие могут циклизовать цепи, но создать полярную функциональную группу в цепи - это то, что никто другой, пока что, не смог сделать».
Подготовлено по материалам Phys.org