Op een dag in de niet al te verre toekomst zullen de plastics in onze satellieten, auto's en elektronica misschien allemaal hun tweede, 25e of 250e leven leiden.

Nieuw onderzoek van de University of Colorado Boulder, gepubliceerd in Nature Chemistry , beschrijft hoe een klasse van duurzame kunststoffen die veel wordt gebruikt in de lucht- en ruimtevaart- en micro-elektronica-industrie, chemisch kan worden afgebroken tot hun meest elementaire bouwstenen en vervolgens opnieuw tot hetzelfde materiaal kan worden gevormd.

Het is een belangrijke stap in de ontwikkeling van herstelbare en volledig recyclebare netwerkpolymeren, een bijzonder uitdagend materiaal om te recyclen, omdat het is ontworpen om zijn vorm en integriteit te behouden in extreme hitte en andere zware omstandigheden. De studie documenteert hoe dit soort plastic voortdurend kan worden afgebroken en opnieuw gemaakt, zonder de gewenste fysieke eigenschappen op te offeren.

"We denken buiten de gebaande paden, over verschillende manieren om chemische bindingen te verbreken", zegt Wei Zhang, hoofdauteur van de studie en voorzitter van de afdeling scheikunde. "Onze chemische methoden kunnen helpen bij het creëren van nieuwe technologieën en nieuwe materialen, en kunnen ook worden gebruikt om de bestaande plasticmaterialencrisis op te lossen."

Hun resultaten suggereren ook dat het opnieuw bekijken van de chemische structuren van andere plastic materialen zou kunnen leiden tot soortgelijke ontdekkingen over hoe we hun chemische bindingen volledig kunnen afbreken en opnieuw kunnen opbouwen, waardoor de circulaire productie van meer plastic materialen in ons dagelijks leven mogelijk wordt.

In het midden van de 20e eeuw werden kunststoffen alomtegenwoordig in bijna elke industrie en elk onderdeel van het leven, omdat ze buitengewoon handig, functioneel en goedkoop zijn. Maar een halve eeuw later, na een exponentiële vraag en productie, vormen kunststoffen een groot probleem voor de gezondheid van de planeet en voor de mens. De productie van plastic vereist grote hoeveelheden olie en de verbranding van fossiele brandstoffen. Wegwerpplastics creëren jaarlijks honderden miljoenen tonnen afval, dat in de vorm van microplastics op stortplaatsen, oceanen en zelfs in ons lichaam terechtkomt.

Recycling is daarom de sleutel tot het verminderen van plasticvervuiling en de uitstoot van fossiele brandstoffen deze eeuw.

Conventionele recyclingmethoden breken polymeren mechanisch af tot poeders, verbranden ze of gebruiken bacteriële enzymen om ze op te lossen. Het doel is om te eindigen met kleinere stukjes die voor iets anders kunnen worden gebruikt. Denk aan schoenen gemaakt van gerecyclede rubberen banden of kleding gemaakt van gerecyclede plastic waterflessen. Het is niet meer hetzelfde materiaal, maar het komt niet op een stortplaats of in de oceaan terecht.

Maar wat als je een nieuw item zou kunnen herbouwen van hetzelfde materiaal? Wat als recycling niet alleen een tweede leven zou bieden aan kunststoffen, maar een herhalingservaring?

Dat is precies wat Zhang en zijn collega's hebben bereikt:ze hebben een chemische methode omgedraaid en ontdekten dat ze zowel kunnen breken als nieuwe chemische bindingen kunnen vormen in een bijzonder hoogwaardig polymeer.

"Deze chemie kan ook dynamisch zijn, kan omkeerbaar zijn en die band kan worden hervormd", zei Zhang. "We denken aan een andere manier om dezelfde ruggengraat te vormen, alleen vanuit verschillende uitgangspunten."

Ze doen dit door het polymeer - "poly" wat "veel" betekent - terug te breken in enkelvoudige monomeren, zijn moleculen, een concept van omkeerbare of dynamische chemie. Het bijzondere aan deze nieuwste methode is dat er niet alleen een nieuwe klasse polymeermateriaal is ontstaan ​​die, net als lego's, gemakkelijk te bouwen, uit elkaar te halen en steeds weer opnieuw op te bouwen, maar dat de methode ook kan worden toegepast op bestaande, met name harde materialen. om polymeren te recyclen.

Deze nieuwe chemische methoden zijn ook klaar voor commercialisering en kunnen aansluiten op de huidige industriële productie.

"Het kan het toekomstige ontwerp en de ontwikkeling van kunststoffen echt ten goede komen om niet alleen nieuwe polymeren te maken, maar het is ook erg belangrijk om te weten hoe oudere polymeren kunnen worden omgezet, upcycled en gerecycled", aldus Zhang. "Door onze nieuwe aanpak te gebruiken, kunnen we veel nieuwe materialen maken, waarvan sommige vergelijkbare eigenschappen kunnen hebben als de kunststoffen in ons dagelijks leven."

Deze vooruitgang in de recycling van kunststoffen in een gesloten kringloop is geïnspireerd op de natuurlijke wereld, aangezien zowel planten, dieren als mensen momenteel deel uitmaken van een circulair recyclingsysteem op planetair niveau, zei Zhang.

"Waarom kunnen we onze materialen niet op dezelfde manier maken?" + Verder verkennen

Duurzamere recycling van kunststoffen