כימאים ב-ETH ציריך הופכים פסולת פלסטיק לדבק תעשייתי

כימאים ב-ETH ציריך פיתחו תהליך המשדרג פוליאתילן ופוליפרופילן לדבק בעל ביצועים גבוהים. הצוות ייצר את דבק הפסולת הפלסטיק הראשון שלו משקיות ובקבוקים סטנדרטיים. מכיוון שהשיטה משתילה שרשראות פולימריות חדשות על הפלסטיק הישן, היא נמנעת מפירוק החומר תחילה.

האוניברסיטה טוענת כי חוזק הדבק עם מתכת, זכוכית ועץ עומד בדרישות לדבקים תעשייתיים. מוצרים אלה מחזיקים חיבורים נושאי עומס ועמידים בלחץ גבוה בייצור כלי רכב וציוד. עם זאת, ETH לא פרסמה נתוני חוזק בדוח שלה על העבודה, והיא לא משווה את הדבק ישירות למוצרים מסחריים.

מדוע קשה למחזר פוליאולפינים

העולם מייצר כ-450 מיליון טונות של פלסטיק בשנה, ורובו משמש פעם אחת לפני שהוא מגיע לשריפה או להטמנה. פוליאולפינים, משפחת הפלסטיק הכוללת פוליאתילן ופוליפרופילן, מהווים כמחצית מצריכת הפלסטיק. הם מגיעים בסופו של דבר לרוב לאריזות וליריעות יריעות.

מיחזור פלסטיק זה עולה באיכות. צבעים מחשיכים את התוצר וחום פוגע בו, כך שהחומר הממוחזר מתאים לשימושים באיכות נמוכה כמו עציצים או משטחי ריצוף. הדרך היחידה כיום חזרה למונומרים היא פירוליזה, שהיא עתירת אנרגיה ומספקת חומר גלם מבוסס נפט שהיצרנים חייבים לבנות מחדש למונומרים.

איך ההשתלה עובדת

טה-לים צ'וי, כימאי פולימרים ופרופסור ב-ETH, מוביל את הצוות, בעוד המדען הבכיר הונגסיק קים פיתח את השיטה ויצר את דבק הפסולת הפלסטית. תחילה הם ממיסים את הפלסטיק בממס כלורי. לאחר מכן הם מקרינים את התמיסה באור קצר גל, אשר מייצר רדיקלים כלוריים בעלי תגובת אנרגיה גבוהה.

רדיקלים אלה מעבירים את תגובתם לאטומי פחמן לאורך שרשראות הפוליאולפין. לאחר מכן, הכימאים מוסיפים מונומרים לפולימר הרצוי, ושרשראות חדשות צומחות מהאתרים המופעלים. כל הרצף לוקח שלב אחד, ללא ריאגנטים או זרזים מיוחדים יקרים וללא טמפרטורות תהליך גבוהות.

קים אמר: "אנחנו מסוגלים לשלוט בכמות הרדיקלים שנוצרים." הצוות עושה זאת על ידי שינוי דרגת הכלור של הממס ואורך הגל של האור. זה בתורו קובע את מספר אתרי ההשתלה.

הרעיון לממס הכלורי הגיע משיתוף פעולה עם אתינה אנסטסאקי, פרופסור לפולימרים בני קיימא ב-ETH ציריך. קבוצתה השתמשה באותו עיקרון למחזור זכוכית אקרילית . העבודה החדשה מתפרסמת בכתב העת של האגודה האמריקאית לכימיה , כאשר אנסטסאקי היא בין המחברים.

מדבק ועד אריזה

החוקרים מתייחסים לדבק כאל מוצר פתיחה. צ'וי אמר: "הדבק הוא מוצר מהדור הראשון. בעתיד, פלסטיק עם תכונות חדשות לחלוטין יהיה אפשרי." השתלת חומרים יכולה להוסיף קבוצות פולריות, חומצות, בסיסים וקבוצות שמגיבות בדרכים ספציפיות, כך שכימאים יוכלו לכוונן את הפלסטיק למשימות שונות.

אריזות מזון הן שימוש מתוכנן אחד. שיתוף פעולה בתעשייה בוחן אריזות עמידות למים החוסמות חמצן. זה יפחית את חמצון המזון במקפיא בהשוואה לאריזות הפוליאתילן והפוליפרופילן הקיימות.

בנוסף, קים אמר שחומרים כאלה "יכולים, בין היתר, לחבר פלסטיק ממוחזר באיכות נמוכה". זה יכול להפוך חומר ממוחזר גרוע לחומר עמיד יותר, מה שיעניק למיחזור מותך מוצא טוב יותר מאשר עציצים ולוחות ריצוף.

הדרך לתעשייה

ה-ETH ציריך רשמה פטנט על התהליך, והפטנט פורסם לפני כחצי שנה. החוקרים יצרו גם קשרים רבים עם התעשייה, אם כי האוניברסיטה אינה מציינת חברות שותפות. התהליך מועמד גם לפרס Spark, אותו מעניק ה-ETH ב-26 בנובמבר. השופטים מעריכים את ההגשות על פי מקוריות, כשירות לפטנט ופוטנציאל שוק.

מספר שאלות נותרו לפני שדבק פסולת פלסטיק יגיע למפעל. הדיווח של ETH אינו דן בהגדלת ההיקף או בהשפעה הסביבתית של הממסים הכלוריים, ושניהם יעצבו כל מקרה תעשייתי. כמו כן, האוניברסיטה אינה נותנת הערכת עלות, כך שעדיין לא ניתן להשוות את דבק הפסולת הפלסטיק לדבקים מסחריים מבחינת מחיר.