Elk jaar, 3,5 miljoen ton doorweekte luiers belanden op stortplaatsen.

Het superabsorberende materiaal in deze luiers bestaat uit een matrix van polymeren die uitzetten zodra ze door vocht worden geraakt. Polymeren zijn een lange keten van herhalende eenheden, en in dit geval het absorberende materiaal in luiers is gebaseerd op het polymeer polyacrylzuur.

Een team van de Universiteit van Michigan heeft een techniek ontwikkeld om deze absorberende polymeren te ontwarren en ze te recyclen tot materialen die lijken op de kleverige kleefstoffen die worden gebruikt in plaknotities en verband. Hun resultaten zijn gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Breed, recycling kan worden gegroepeerd in mechanische recycling en chemische recycling.

"Mechanische recycling is waar de meeste mensen aan denken:je scheidt verschillende kunststoffen op basis van hun identiteit, snijd ze in kleine stukjes, smelt ze en hergebruik ze, waardoor de kwaliteit van het product afneemt, " zei UM-chemicus Anne McNeil, corresponderende auteur van het artikel.

Mechanische recycling leidt tot materialen van mindere kwaliteit omdat de kunststoffen van verschillende bedrijven anders zijn geconstrueerd:de polymeren kunnen verschillende ketenlengtes hebben of worden gewijzigd met verschillende additieven en kleurstoffen.

"Er zijn zoveel problemen, alles wordt meestal gedowncycled en eindigt als tapijtvezels of parkbanken, " zei McNeil, wiens lab zich richt op de chemische recycling van kunststoffen. "Chemische recycling is het idee om chemie en chemische transformaties te gebruiken om een ​​materiaal met toegevoegde waarde te maken, of op zijn minst een materiaal zo waardevol als het origineel."

De eigenschappen die kunststoffen over het algemeen wenselijk maken, zoals taaiheid en duurzaamheid, zijn ook verantwoordelijk voor hun moeilijkheid bij het recyclen. Vooral, polymeren zijn moeilijk af te breken omdat ze bij elkaar worden gehouden door stabiele bindingen.

McNeil, hoogleraar scheikunde en macromoleculaire wetenschappen en techniek, en Takunda Chazovachii, die onlangs afstudeerde aan de U-M met zijn doctoraat in de polymeerchemie, werkte samen met Procter &Gamble om een ​​proces in drie stappen te ontwikkelen dat superabsorberende polymeren omzet in een herbruikbaar materiaal - in dit geval lijmen. De methode moest energiezuinig zijn en toepasbaar op industriële schaal.

"Superabsorberende polymeren zijn bijzonder moeilijk te recyclen omdat ze zijn ontworpen om degradatie te weerstaan ​​en water permanent vast te houden, " zei Chazovachii. "De superabsorberende polymeren en kleefstoffen zijn beide afgeleid van acrylzuur. Deze gemeenschappelijke oorsprong inspireerde ons recyclingidee."

De polymeren in superabsorberende materialen zien eruit als een los geweven visnet, McNeil zegt, behalve in plaats van een honingraatgaas, deze polymeren hebben om de 2 een verknoping, 000 eenheden, dat is meer dan genoeg om een ​​onoplosbare netwerkstructuur te creëren. Om deze materialen te recyclen, de onderzoekers moesten een manier vinden om het netwerkpolymeer te ontkoppelen in wateroplosbare ketens. Chazovachii ontdekte dat wanneer deze polymeren worden verwarmd in aanwezigheid van zuur of base, hun crosslinks zijn verbroken.

De onderzoekers moesten ook bepalen of deze processen op industriële schaal haalbaar zouden zijn. Medewerkers Madeline Somers, een onderzoeksassistent bij het U-M Graham Sustainability Institute, en José Alfaro, een onderzoeker in de UM School for Environment and Sustainability, een levenscyclusanalyse uitgevoerd. Ze leerden dat het gebruik van deze zure methode om de polymeren te decrosslinken een 10 keer lager aardopwarmingsvermogen zou hebben, op basis van de uitstoot van kooldioxide, en zou 10 keer minder energie vergen dan het gebruik van een basisgemedieerde benadering.

Volgende, de onderzoekers moesten de lange ketens van polymeren in het materiaal inkorten om verschillende soorten lijmen te produceren. Chazovachii realiseerde zich dat sonicatie - met behulp van kleine barstende luchtbellen om de polymeerketens te breken - de ketens in stukken kon snijden zonder de chemische eigenschappen van de ketens te veranderen.

"Wat we erg leuk vonden aan deze methode, is dat het een mild en eenvoudig mechanisch proces is, "zei hij. "Het breekt het polymeer maar laat zijn bouwstenen achter, of zuurgroepen, intact, dus je kunt er echt andere reacties mee doen."

Eindelijk, Chazovachii, bijgestaan ​​door scheikundeprofessor Paul Zimmerman en zijn student Michael Robo, omgezet zuurgroepen op de polymeerketens in estergroepen. Dit verandert de eigenschappen van wateroplosbaar naar organisch oplosbaar, en ze worden kleverig, als een lijm. Een extra bonus:het reagens dat in deze reactie wordt gebruikt, die tevens dienst doet als oplosmiddel, kunnen worden gerecycled en hergebruikt. Na het testen van de kleefeigenschappen, Chazovachii realiseerde zich dat sonicatie niet nodig was om zich op één type lijm te richten, verdere vereenvoudiging van de aanpak.

Eindelijk, de onderzoekers moesten aantonen dat het ontwikkelen van lijmen van gerecyclede polymeren gemakkelijker was voor de planeet dan het maken van lijmen uit aardolie - de gebruikelijke route. Door hun route naar lijmen te vergelijken met de conventionele, de auteurs ontdekten dat er een reductie van 22% is in het aardopwarmingsvermogen en 25% reductie in energie voor de route met behulp van gerecyclede luiers.

De onderzoekers zeggen dat ze werken met luiers die al schoon zijn, maar bedrijven die gebruikte luiers schoonmaken, duiken op. zoals het Procter &Gamble-filiaal FaterSMART. Aanvullend, Chazovachii zegt dat de omstandigheden van de chemische recycling alle overlevende bacteriën zouden doden.

McNeil zegt te hopen dat synthetisch chemici die werken aan het maken van reacties voor kleine moleculen hun aandacht zullen richten op polymeren.

"Dit is maar één papier, maar ik heb het grootste deel van mijn onderzoek in deze richting bewogen omdat ik denk dat het een heel open kans is voor synthetische chemici om invloed uit te oefenen op een reëel probleem, "Zei McNeil. "Ik wil dat meer mensen hierover nadenken, omdat het wereldwijde plasticprobleem zo enorm is en chemici een heel belangrijke rol kunnen spelen bij het opnieuw bedenken van wat we met dit afval doen."