Επιστήμονες μετατρέπουν τα πλαστικά απόβλητα σε υψηλής αξίας βιώσιμα ελαστομερή

Η παγκόσμια πρόκληση των πλαστικών αποβλήτων, ιδίως του πολυαιθυλενοτερεφθαλικού (PET) από προϊόντα μίας χρήσης που παράγουν εκατομμύρια τόνους ετησίως,Η Επιτροπή έχει εντατικοποιήσει τις προσπάθειες μετατροπής αυτών των αποβλήτων σε υλικά υψηλότερης αξίας μέσω της "ανακύκλωσης"Το άρθρο αυτό διερευνά το επιστημονικό και βιομηχανικό δυναμικό των χημικά ανακυκλωμένων ημιαρωματικών πολυεστέρων, ειδικότερα του τερεφθαλικού οξέος που προέρχεται από ανακυκλωμένο PET (rPET) χαμηλής αξίας,για τη σύνθεση προηγμένων θερμοπλαστικών ελαστομερών (TPE).

Ι. Ανακύκλωση αποβλήτων πολυεστέρα και ανάπτυξη υλικών υψηλής αξίας

Τα παγκόσμια απόβλητα PET από μπουκάλια και συσκευασίες απαιτούν οικονομικά βιώσιμες στρατηγικές ανακύκλωσης, οι οποίες κατηγοριοποιούνται σε τρεις προσεγγίσεις:

• Πρώτη ανακύκλωση:Επαναεπεξεργασία πολυμερών μόνοι τους ή αναμεμειγμένα για δευτερογενή προϊόντα με χαμηλότερες απαιτήσεις απόδοσης.
• Δευτερογενής ανακύκλωση:Θερμική/φυσική επεξεργασία σε νέα προϊόντα.
• Τριτογενής ανακύκλωση:Αποπολυμερισμός μέσω πυρόλυσης ή με χημικές μεθόδους για την ανάκτηση μονομερών.

Οι νομοθετικές απαιτήσεις για τη βιωσιμότητα έχουν οδηγήσει σε καινοτομίες στην ανακύκλωση του PET.Η έρευνα επικεντρώνεται στην ανάκτηση του τερεφθαλικού οξέος από το rPET και στη βελτιστοποίηση των διαδικασιών για τον συνδυασμό του με μονομερή βιολογικής βάσης (e- π.χ. αιθυλενογλυκόλη, βουτανδιόλη ή διόλες που προέρχονται από φουράνιο) και πολυαιθέρες (PEG, PTHF) για τη δημιουργία εμπορικά βιώσιμων υλικών.

II. Συπολυμερή μπλοκ PBT-PTHF ως TPE επόμενης γενιάς

Το terephthalic acid που προέρχεται από το rPET μπορεί να αντικαταστήσει το dimethyl terephthalate (DMT) στη σύνθεση του polybutylene terephthalate (PBT) ως σκληρών τμημάτων για τα TPE.Αυτά τα συμπολυμερή μπλοκ συνδυάζουν κρυσταλλικά σκληρά τμήματα (για θερμική σταθερότητα) με μαλακά άμορφα τμήματα (για ευελιξία χαμηλών θερμοκρασιών), επιτρέποντας εφαρμογές σε αυτοκινητοβιομηχανία και καταναλωτικά αγαθά.

Η παρούσα μελέτη εισάγει μια διαδικασία ενός σταδίου κατά την οποία το rPET αντιδρά με 1,4-butanediol (BDO) παρουσία PTHF για να σχηματίσει απευθείας συμπολυμερή μπλοκ PBT-PTHF.Ενώ τα TPE με βάση το PBT κυριαρχούν στις εφαρμογές μηχανικής λόγω της ταχύτερης κρυστάλλωσης από τα εναλλακτικά με βάση το PET, οι σχέσεις μεταξύ δομής και ιδιοτήτων σε συστήματα που ενσωματώνουν μονομερή που προέρχονται από rPET παραμένουν ανεξερεύνητες.

III. Μικροδομικός έλεγχος και συμπεριφορά φάσης

Η προηγμένη χαρακτηριστική αποκαλύπτει πώς η σύνθεση επηρεάζει την κρυστάλλωση:

• Συστήματα πλούσια σε σκληρά τμήματαπαρουσιάζουν έντονο διαχωρισμό φάσεων, επηρεάζοντας την κινητική κρυστάλλωσης και σχηματίζοντας λαμελλικές δομές.
• Συστήματα που κυριαρχούν στο μαλακό τμήμανα παρουσιάζουν ελάχιστη επίδραση του διαχωρισμού μικροφάσεων στην ανάπτυξη των κρυστάλλων.

Η πολωμένη μικροσκόπηση φωτός και η διασπορά ακτίνων Χ δείχνουν ότι τα συμπολυμερή PBT-PTHF σχηματίζουν σφαιρολίτες, δενδρίτες ή δίκτυα σαν χάντρες ανάλογα με το μήκος των τεμαχίων και τις συνθήκες κρυσταλλώσεως.Ιδιαίτερα, τα μονομερή που προέρχονται από το rPET αυξάνουν τα ποσοστά κρυστάλλωσης που αποδίδονται στους υπολειμματικούς καταλύτες στο ανακυκλωμένο τερεφθαλικό οξύ χωρίς να αλλάζουν τη μακροσκοπική μορφολογία.

IV. Βιωσιμότητα και μελλοντικές κατευθύνσεις

Με τα μονομερή που προέρχονται από ορυκτά να αντιμετωπίζουν σταδιακή κατάργηση εντός δύο δεκαετιών, η παρούσα εργασία παρέχει ένα πλαίσιο για την ανάπτυξη κυκλικών TPE που χρησιμοποιούν απόβλητα PET και μονομερή βιολογικής προέλευσης.Η ικανότητα προσαρμογής της συμπεριφοράς κρυστάλλωσης μέσω σχεδιασμού συμπολυμερών μπλοκ, ενώ αξιοποιεί ανακυκλωμένες πρώτες ύλες, προσφέρει ένα κλιμακώσιμο μοντέλο για υψηλής απόδοσης βιώσιμα υλικά.