Wetenschappers van het Institute for Cooperative Upcycling of Plastics (iCOUP), een Energy Frontier Research Center onder leiding van Ames Laboratory, hebben een chemisch proces ontdekt dat zorgt voor biologisch afbreekbare, waardevolle chemicaliën, die worden gebruikt als oppervlakteactieve stoffen en reinigingsmiddelen in een reeks toepassingen, van afgedankt plastic. Het proces heeft de potentie om duurzamere en economisch gunstigere levenscycli voor kunststoffen te creëren.

De onderzoekers richtten hun werk op de deconstructie van polyolefinen, die meer dan de helft van alle afgedankte kunststoffen vertegenwoordigt, en omvat bijna elk denkbaar product:speelgoed, de verpakking van levensmiddelen, leidingsystemen, waterflessen, stoffen, schoenen, auto's, en meubels.

"Kunststoffen, en vooral polyolefinen, zijn materialen die je te succesvol zou kunnen noemen, " zei iCOUP-directeur Aaron Sadow. "Ze zijn fantastisch - sterk, lichtgewicht, thermisch stabiel, chemisch resistent - voor alle toepassingen waarvoor we ze gebruiken, maar het probleem komt wanneer we ze niet meer nodig hebben."

Het zit allemaal in de chemische constructie van polyolefine-kunststoffen die ze zo sterk en duurzaam maakt - lange sterke ketens van koolstof-koolstofbindingen - dat ze ook moeilijk afbreekbaar zijn. Polyolefinen missen in het algemeen ook de chemische groepen die het doelwit zouden kunnen zijn in deconstructieprocessen. Veel bestaande processen om plastic te recyclen resulteren in minder waardevolle, minder bruikbare componenten, waardoor de economische haalbaarheid van recycling veel minder aantrekkelijk wordt.

Het nieuwe proces maakt gebruik van wat de wetenschap al weet over de belangrijkste stappen van polymerisatie - het samenstellen van lange polymeerstrengen - maar omgekeerd, door enkele koolstof-koolstofbindingen in de ketens te verbreken. Zodra een paar koolstof-koolstofbindingen zijn verbroken, de verkorte polymeerketens worden overgebracht naar een aluminium eindgroep om reactieve soorten te vormen. De katalysatoren en reacties voor dit nieuwe proces zijn gerelateerd aan die gebruikt bij alkeenpolymerisatie, gebruikmakend van goed begrepen katalytische chemie. Eindelijk, de tussenproducten van deze nieuwe transformatie worden gemakkelijk omgezet in vetalcoholen of vetzuren, of gebruikt in andere synthetische chemie, om chemicaliën of materialen te maken die op tal van manieren waardevol zijn:als wasmiddelen, emulgatoren, geneesmiddelen, en cosmetica. Omdat het proces katalytisch wordt gecontroleerd, gewenste productketenlengtes kunnen worden getarget voor synthese.

Het beste van het proces is dat de eindproducten biologisch afbreekbaar zijn, in tegenstelling tot polyethyleen en polypropyleen uitgangsmaterialen.

"Vetzuren en alcoholen worden relatief snel biologisch afgebroken in het milieu. Als deze bijproducten ergens anders een nieuwe toepassing vinden, dat is geweldig, maar het heeft ook een einde van het leven, wat betekent dat het zich niet ophoopt in het milieu zoals plastic dat wel heeft gedaan, ' zei Sadow.

Het onderzoek wordt verder besproken in de paper, "Katalytische splitsing van koolstof-koolstofbinding en vorming van koolstof-elementbinding geeft nieuw leven aan polyolefinen als biologisch afbreekbare oppervlakteactieve stoffen, " geschreven door Uddhav Kanbur, Guiyan Zang, Alexander L. Paterson, Puranjan Chatterjee, Ryan A. Hackler, Massimiliano Delferro, Igor I. Vertragen, Frederic A. Perras, pingende zon, Aaron D. Sadow; en gepubliceerd in Chemo .