Een team onder leiding van scheikundigen van de Universiteit van Luik heeft een nieuwe productietechniek voor polyurethaan ontwikkeld met behulp van CO₂ om nieuwe soorten gemakkelijk recycleerbare kunststoffen te creëren. De studie, gepubliceerd in het Journal of the American Chemistry Society , zou een oplossing kunnen bieden voor de ontwikkeling van werkelijk duurzame kunststoffen.

Basisplastics hebben de mondiale industrie getransformeerd. Of het nu gaat om de bouw, kleding, voertuigen of voedselverpakkingen, deze kunststoffen zijn overal in ons dagelijks leven aanwezig, zozeer zelfs dat hun wereldwijde gebruik in 2019 wordt geschat op ongeveer 460 miljoen ton.

"Dit aantal is verbluffend, maar niet verrassend, omdat kunststoffen, ook wel synthetische polymeren genoemd, een groot succes hebben geboekt dankzij hun onvervangbare eigenschappen:ze zijn licht, goedkoop en ongelooflijk veelzijdig", legt Christophe Detrembleur, scheikundige bij het Centre for Education, uit. en Onderzoek naar Macromoleculen (CERM) van de Universiteit van Luik. "Het feit dat ze moeilijk te recyclen zijn, of zelfs onmogelijk te recyclen in het geval van thermoharders, heeft echter ernstige gevolgen."

Deze onmogelijkheid van recycling leidt niet alleen tot de uitputting van de fossiele hulpbronnen die worden gebruikt om ze te vervaardigen, maar ook tot de accumulatie ervan op zeer lange termijn in de natuur en de oceanen. Het is daarom absoluut noodzakelijk dat onze samenleving snel kunststoffen ontwerpt en produceert die aan het einde van hun levensduur gemakkelijk kunnen worden gerecycled.

In deze context rapporteert een studie onder leiding van onderzoekers van de Universiteit van Luik en uitgevoerd in samenwerking met de Universiteit van Bergen en de Universiteit van Baskenland over een nieuwe techniek voor de productie van gemakkelijk recycleerbare polyurethaankunststoffen.

“Het bijzondere aan deze aanpak is het gebruik van kooldioxide (CO₂ ) – een belangrijke emblematische verspilling van onze samenleving – als grondstof voor de productie van de bouwstenen, of monomeren, die nodig zijn om deze nieuwe producten te vervaardigen”, legt Thomas Habets uit, een doctoraalstudent aan CERM en eerste auteur van het artikel. De structuur van de monomeren kan eenvoudig worden aangepast, waardoor het mogelijk wordt kunststoffen te produceren met een breed scala aan eigenschappen, van zeer kneedbare elastomeren zoals siliconen tot stijvere materialen zoals polystyreen."

Deze kunststoffen hebben een chemische structuur die lijkt op een driedimensionaal netwerk in plaats van op lange lineaire ketens. Deze structuur, die over het algemeen wordt geassocieerd met thermoharders die zeer moeilijk te recyclen zijn, maakt ze resistenter dan kunststoffen gemaakt van lange moleculaire ketens. De hier gemaakte polyurethaansoorten hebben nieuwe "dynamische" chemische bindingen, wat betekent dat ze ondanks hun thermohardende structuur kunnen worden hervormd door uitwisseling van chemische bindingen onder relatief milde reactieomstandigheden.

Het grootste voordeel van deze nieuwe technologie ligt in het vermogen om het scala aan toegankelijke eigenschappen te variëren en tegelijkertijd meerdere manieren te bieden om materialen aan het einde van hun levensduur te recyclen. “Deze nieuwe kunststoffen kunnen op meerdere manieren worden gerecycled, hetzij door ze simpelweg een nieuwe vorm te geven door ze te verwarmen, of door verschillende soorten plastic te mengen om hybride materialen met nieuwe eigenschappen te creëren, of door ze af te breken in hun samenstellende monomeren, wat ideaal is voor het elimineren van plastics. additieven zoals kleurstoffen of recyclingcomposieten", vervolgt Habets.

Met het oog op de toekomstige industrialisatie van CO₂ valorisatie toont deze studie aan dat afval CO₂ kan direct worden gebruikt als chemische hulpbron. "Dit is de eerste eerste studie waarbij gebruik wordt gemaakt van onze nieuwe bouwstenen en kunststoffen", zegt Christophe Detrembleur, "maar het is behoorlijk opmerkelijk om te zien dat onze materialen nu al eigenschappen kunnen bereiken die vergelijkbaar zijn met die van sommige conventionele kunststoffen uit de petro."

Deze nieuwe technologie komt naar voren als een potentiële oplossing voor de ontwikkeling van duurzame kunststoffen met een breed scala aan eigenschappen die gemakkelijk kunnen voldoen aan de behoeften van de meeste van onze dagelijkse toepassingen.

Meer informatie: Thomas Habets et al, Covalente aanpasbare netwerken via dynamische N,S-acetaalchemie:naar recycleerbare op CO2 gebaseerde thermoharders, Journal of the American Chemical Society (2023). DOI:10.1021/jacs.3c10080

Journaalinformatie: Journaal van de American Chemical Society

Aangeboden door Universiteit van Luik