Een recent ontdekte groep recyclebare kunststoffen lijkt een kansrijk alternatief voor het moeilijk te recyclen harde plastic. Echter, we zien deze zogenaamde vitrimeren nog niet in producten gebruikt omdat ze moeilijk te verwerken zijn. Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven ontdekten dat de verwerkbaarheid van deze nieuwe vorm van kunststoffen niet alleen wordt beïnvloed door de temperatuur, maar ook door de dichtheid. Dergelijke inzichten moeten leiden, onder andere, tot recyclebare dashboards voor de auto-industrie. Deze resultaten zijn gisteren gepubliceerd in het tijdschrift PNAS .

Plastic staat bekend als moeilijk te recyclen en daarom zeer milieuonvriendelijk. Echter, het gaat vooral om de zogenaamde harde kunststoffen, of thermoharders, zoals biljartballen of het dashboard in uw auto. Een andere groep kunststoffen, thermoplasten, waarmee de industrie folie maakt, koffiekopjes of speelgoed, is heel makkelijk te recyclen maar helaas ook een stuk minder sterk. In 2011, een nieuwe groep kunststoffen werd ontwikkeld, de zogenaamde vitrimeren, die zo sterk zijn als harde kunststoffen en recyclebaar zijn. in 2015, de ontdekker van het materiaal werd uitgeroepen tot Europese uitvinder door het Europees Octrooibureau (EOB).

Mysterieus materiaal

Hoe veelbelovend ook, vitrimere polymeren zijn nog ver verwijderd van commerciële toepassing. Om in dit stadium te komen, fabrikanten moeten weten hoe ze het materiaal de gewenste eigenschappen kunnen geven zodat het in producten kan worden gebruikt. wetenschappers, echter, tasten nog grotendeels in het duister over hoe het materiaal precies werkt.

TU/e-natuurkundige Liesbeth Janssen, doctoraat student Simone Ciarella en BSc-student Rutger Biezemans presenteren nu een computermodel dat laat zien hoe temperatuur en dichtheid de vitrimere polymeren beïnvloeden. Janssen:"Nu we de fysieke samenstelling van het materiaal beter begrijpen, we hopen in een vervolgproject echte recyclebare kunststoffen voor de industrie te produceren."

Breekbaarheid bepaalt recycleerbaarheid

Hun model laat zien dat de kwetsbaarheid van de vitrimeren bepalend is voor hun verwerkbaarheid in de fabriek. Ciarella:"Breekbaarheid is de snelheid waarmee een materiaal verandert van vast naar vloeibaar (smelten) en vice versa (stollen). Hoe lager de fragiliteitswaarde, hoe gemakkelijker het plastic te verwerken is en dus hoe beter het materiaal kan worden gerecycled."

Naast het begrijpen en voorspellen wat voor invloed deze fragiliteit heeft, Liesbeth Janssen en haar collega's wisten zelfs de kwetsbaarheid van het plastic af te stemmen. Het blijkt dat de kwetsbaarheid kan worden veranderd door de dichtheid van het materiaal aan te passen. Op deze manier, in de toekomst zal de fabrikant precies het gewenste gedrag kunnen instellen.

Verbindingen openen en sluiten

Om het effect te verklaren, we moeten inzoomen op de fysieke eigenschappen van alle drie de soorten kunststoffen. Kunststoffen bestaan ​​uit zeer lange strengen, ook wel polymeren genoemd. Thermoharders zijn zo sterk vanwege de vele verbindingen tussen deze strengen. En dat verklaart meteen de slechte recycleerbaarheid. Door verhitting verbreken deze verbindingen onomkeerbaar. Thermoplasten hebben geen verbindingen, en worden daarom gemakkelijk vervormd door de temperatuur te verhogen. Maar daardoor worden ze ook minder sterk.

Ciarella:"Het interessante van vitrimere polymeren is dat ze veel verbindingen hebben, maar bij verhitting kunnen deze verbindingen schakelen tussen verschillende strengen. Op kamertemperatuur, deze vitrimeren gedragen zich daarom even sterk als thermoharders. Maar bij verhitting ze gedragen zich als gemakkelijk vervormbare thermoplasten, dus bij het smelten behouden deze kunststoffen hun kwaliteit."