Каждый год 3,5 миллиона тонн использованных подгузников попадают на свалки. Суперабсорбирующий материал внутри состоит из полимеров, которые расширяются, как только влага попадает в них.
Команда из Мичиганского университета разработала метод разделения этих впитывающих полимеров и переработки их в материалы, похожие на липкий клей, используемый в стикерах. Результаты опубликованы в Nature Communications.
В целом, переработку можно разделить на механическую рециркуляцию и химическую.
«Механическая переработка — это то, о чем думает большинство людей, когда говорят об утилизации. Вы сортируете пластик по фракциям, нарезаете его на мелкие кусочки, плавите и повторное используете, это снижает качество продукта», — говорит химик U-M Энн МакНил, автор статьи.
Механическая переработка приводит к снижению качества материалов, потому что пластики устроены по разному: полимеры могут быть разной длины цепи или изменяться с помощью разных добавок и красителей.
«Проблем так много, что все обычно перерабатывают либо в ковровые волокна, либо в парковые скамейки», – сказал МакНил, чья лаборатория фокусируется на химической переработке пластмасс.
«Химическая переработка – это идея использования химии и химических преобразований, чтобы сделать материал более дорогим или, по крайней мере, таким же ценным, как оригинал».
Пластик должен быть прочным и долговечным, это также усложняет переработку. Полимеры трудно разорвать, потому что они удерживаются стабильными связями.
МакНил, профессор химии и макромолекулярных наук и инженерии, и Такунда Чазовачий, доктор по химии полимеров, работали над созданием трехэтапного процесса, который превращает суперабсорбентные полимеры в многоразовый материал – в данном случае клея. Этот метод должен быть энергоэффективным и использоваться в промышленных масштабах.
«Суперабсорбирующие полимеры особенно трудно перерабатывать, потому что они предназначены для того, чтобы противостоять деградации и постоянно удерживать воду», — сказал Чазовачий. «Сверхабсорбирующие полимеры и клеи делают из акриловой кислоты. Это общее происхождение вдохновило нашу идею переработки».
По словам МакНила, полимеры в сверхабсорбирующих материалах выглядят как слаботканая рыболовная сеть, за исключением того, что вместо сетки эти полимеры имеют поперечное сцепление. Чтобы переработать эти материалы, исследователям нужно было найти способ разделить сетевой полимер на водорастворимые цепи. Ученый обнаружил, что при нагревании этих полимеров либо в присутствии кислоты, либо в присутствии основания, их поперечные связи ломаются.
«Что нам действительно понравилось в этом методе, так это то, что это мягкий и простой механический процесс», - сказал он. Он ломает полимер, но оставляет его строительные блоки или кислотные группы в целости, что оставляет возможность использовать его в других реакциях.
Наконец, Чазовачий при содействии профессора химии Пола Циммермана и его ученика Майкла Робо, превратил кислотные группы на полимерных цепях в группы эфиров. Это меняет свойства с водорастворимых на органические, и они становятся липкими, как клей.
Дополнительный бонус: реагент, используемый в этой реакции, который также служит растворителем, может быть переработан и повторно использован.
Исследователи говорят, что они работали с чистыми подгузниками, но существуют компании, которые занимаются очисткой уже использованных. Кроме того, Чазовачий говорит, что условия переработки химических веществ убьют любые выжившие бактерии.
«Я хочу, чтобы людей больше думали о том, насколько огромна глобальная проблема загрязнения пластиками, а химики могут сыграть действительно важную роль в переосмыслении того, что мы делаем с этими отходами», – говорит МакНил.