Ученые из Университета в Буффало разработали перспективный метод переработки гибких пластиков на основе растворителей. Технология может значительно расширить возможности утилизации полипропилена и полиэтилена — наиболее распространённых видов пластика, которые сегодня крайне трудно перерабатывать.
Результаты работы опубликованы в научных журналах Polymers, International Journal of Heat and Mass Transfer и Journal of Polymer Science.
Полиэтилен (PE) и полипропилен (PP) относятся к группе полиолефинов — самых распространённых пластмасс в мире. Они широко используются для производства упаковки, пищевых контейнеров, плёнок и упаковочных материалов.
При этом именно гибкие пластиковые плёнки остаются одной из самых сложных категорий отходов для переработки. Из-за своей структуры такие материалы плохо поддаются традиционной механической переработке и часто оказываются на полигонах или в окружающей среде.
По данным научных публикаций, в 2024 году в мире было произведено более 359 млн тонн пластика, и свыше половины этого объёма приходится именно на полиолефины.
Команда ученых под руководством профессора химической инженерии Паскаля Александриди изучает возможность переработки с использованием растворителей (solvent-based recycling).
Метод заключается в том, что пластик растворяется в специально подобранных растворителях, после чего из раствора можно выделить очищенный полимер. Это позволяет отделять полиолефины от многослойных материалов и удалять из них добавки и загрязнения.
— Растворная переработка полиолефинов открывает новые возможности для обращения с пластиковыми отходами и возврата полезных материалов в экономический оборот, — отметил Александридис.
В отличие от пиролиза — метода термического разложения пластика — переработка с использованием растворителей сохраняет полимерные цепочки, что позволяет использовать полученный материал повторно.
Чтобы повысить эффективность технологии, исследователи изучили процессы растворения полимеров на микроскопическом уровне. В работе были объединены лабораторные эксперименты и компьютерное моделирование.
В частности, учёные исследовали растворение гранул полипропилена и установили, что материал сначала полностью теряет кристаллическую структуру, после чего начинается собственно растворение.
В другой работе исследователи создали модель растворения полиэтилена, которая позволяет оценивать поведение различных областей полимера и скорость проникновения растворителя при разных температурах.
Для наблюдения за процессом ученые также разработали экспериментальную установку, позволяющую в реальном времени отслеживать изменения структуры полиэтилена с помощью инфракрасной спектроскопии.
По мнению авторов исследования, новая технология может стать важным дополнением к существующим методам переработки пластика.
Сегодня менее 10% пластиковых отходов в мире перерабатываются, поскольку многие изделия состоят из сложных многослойных материалов, которые трудно разделить.
Переработка с использованием растворителей позволяет очищать полимеры и возвращать их в производство, что потенциально может сократить объёмы захоронения и сжигания пластика.
Кроме того, результаты исследования могут применяться не только в сфере переработки отходов, но и в других областях — например, при разработке новых полимерных материалов и систем контролируемой доставки лекарств.