Chemici van ETH Zürich hebben een patent verkregen op een eenstaps proces waarbij licht wordt gebruikt om nieuwe polymeerketens op gebruikte tassen en flessen te enten, waarmee een kleefstof voor metaal, glas en hout ontstaat.
Chemici aan de ETH Zürich hebben een proces ontwikkeld waarmee polyethyleen en polypropyleen worden omgezet in een hoogwaardige lijm. Het team maakte de eerste lijm van plastic afval, namelijk van standaard tassen en flessen. Doordat bij deze methode nieuwe polymeerketens aan het oude plastic worden gehecht, hoeft het materiaal niet eerst te worden afgebroken.
De universiteit stelt dat de hechtsterkte van de lijm op metaal, glas en hout voldoet aan de eisen voor industriële lijmen. Deze producten worden gebruikt voor het afdichten van dragende, sterk belaste verbindingen in de voertuig- en machinebouw. ETH heeft echter geen cijfers over de hechtsterkte gepubliceerd in het verslag van het onderzoek en vergelijkt de lijm niet rechtstreeks met commerciële producten.
Waarom polyolefinen moeilijk te recyclen zijn
De wereld produceert jaarlijks ongeveer 450 miljoen ton plastic, waarvan het grootste deel slechts één keer wordt gebruikt voordat het wordt verbrand of op een stortplaats belandt. Polyolefinen, de familie waartoe polyethyleen en polypropyleen behoren, vormen ongeveer de helft van het plasticverbruik. Ze worden voornamelijk gebruikt voor verpakkingen en folies.
Het smelten en recyclen van deze kunststoffen gaat ten koste van de kwaliteit. Kleurstoffen maken het eindproduct donkerder en hitte tast de kwaliteit aan, waardoor het gerecyclede materiaal alleen geschikt is voor minderwaardige toepassingen zoals plantenpotten of bestrating. De enige huidige manier om monomeren terug te winnen is pyrolyse, een energie-intensief proces dat een grondstof op basis van aardolie oplevert, die fabrikanten vervolgens weer moeten omzetten in monomeren.
Hoe het enten werkt
Tae-Lim Choi, polymeerchemicus en hoogleraar aan de ETH, leidt het team, terwijl senior wetenschapper Hongsik Kim de methode ontwikkelde en de lijm van plastic afval maakte. Ze lossen het plastic eerst op in een gechloreerd oplosmiddel. Vervolgens bestralen ze de oplossing met kortgolvig licht, waardoor zeer reactieve chloorradicalen ontstaan.
Die radicalen geven hun reactiviteit door aan koolstofatomen langs de polyolefineketens. Daarna voegen de chemici monomeren toe voor het gewenste polymeer, en groeien er nieuwe ketens vanuit de geactiveerde plaatsen. De hele sequentie verloopt in één enkele stap, zonder dure speciale reagentia of katalysatoren en zonder hoge procestemperaturen.
Kim zei: "We kunnen controleren hoeveel radicalen er worden gegenereerd." Het team doet dat door de chloreringsgraad van het oplosmiddel en de golflengte van het licht te veranderen. Dat bepaalt op zijn beurt het aantal entingsplaatsen.
Het idee voor het gechloreerde oplosmiddel is ontstaan in samenwerking met Athina Anastasaki, hoogleraar duurzame polymeren aan de ETH Zürich. Haar groep gebruikte hetzelfde principe voor de recycling van acrylglas . Het nieuwe onderzoek is gepubliceerd in het Journal of the American Chemical Society , met Anastasaki als een van de auteurs.
Van lijm tot verpakking
De onderzoekers beschouwen de lijm als een baanbrekend product. Choi zei: "De lijm is een product van de eerste generatie. In de toekomst zullen kunststoffen met geheel nieuwe eigenschappen mogelijk zijn." Door enting kunnen polaire groepen, zuren, basen en groepen die op specifieke manieren reageren worden toegevoegd, waardoor chemici de kunststof voor verschillende toepassingen kunnen afstemmen.
Voedselverpakkingen zijn een van de beoogde toepassingen. Een samenwerkingsverband binnen de industrie onderzoekt waterdichte verpakkingen die zuurstof buitenhouden. Dat zou de oxidatie van voedsel in de vriezer verminderen in vergelijking met de huidige verpakkingen van polyethyleen en polypropyleen.
Daarnaast zei Kim dat dergelijke materialen "onder andere laagwaardig gerecycled plastic aan elkaar kunnen binden". Dat zou van minderwaardig gerecycled materiaal een duurzamer materiaal kunnen maken, waardoor smeltrecycling een betere toepassing zou krijgen dan bijvoorbeeld voor bloempotten en stoeptegels.
De route naar de industrie
ETH Zürich heeft het proces gepatenteerd en het patent is ongeveer zes maanden geleden gepubliceerd. De onderzoekers hebben ook talrijke contacten met het bedrijfsleven gelegd, hoewel de universiteit geen partnerbedrijven noemt. Het proces is tevens genomineerd voor de Spark Award, die ETH op 26 november uitreikt. De jury beoordeelt inzendingen op originaliteit, octrooieerbaarheid en marktpotentieel.
Er blijven nog diverse vragen onbeantwoord voordat een lijm op basis van plastic afval in een fabriek gebruikt kan worden. Het rapport van ETH gaat niet in op opschaling of de milieu-impact van de gechloreerde oplosmiddelen, terwijl beide factoren van belang zijn voor een eventuele industriële toepassing. Ook geeft de universiteit geen kostenraming, waardoor een prijsvergelijking met commerciële lijmen nog niet mogelijk is.
Dit vind je misschien ook leuk
Chemici van ETH Zürich halveren de benodigde warmte voor het recyclen van acrylglas.
Alterra, Technip Energies en Neste lanceren modulair systeem voor het opschalen van chemische recycling van kunststoffen.
RMIT ontwikkelt magnetisch materiaal om microplastics en verontreinigende stoffen uit afvalwater te verwijderen.