Les plastiques de nouvelle génération permettent la récupération de monomères à partir d'additifs courants, même dans des flux de déchets mixtes, ne produisant que de l'eau en tant que sous-produit.
#biotechnologie, #PDK, #plastiques, #recyclage
Une équipe de chercheurs du Laboratoire national Lawrence Berkeley du Département américain de l'énergie (Laboratoire Berkeley) a mis au point un plastique recyclable pouvant être décomposé en éléments constitutifs au niveau moléculaire, puis réassemblé sous différentes formes, textures et couleurs. encore et encore sans perdre de performance ou de qualité. Un nouveau matériau appelé poly (dicenténoamine) ou PDK a été publié dans Nature Chemistry.
Tous les plastiques, des bouteilles d’eau aux pièces d’automobile, sont constitués de grosses molécules appelées polymères, composées de liaisons répétitives de composés carbonés plus courts appelés monomères.
Les plastiques recyclés sont des produits peu coûteux en raison des impuretés résiduelles et de la dégradation du polymère à chaque cycle de réutilisation. Les plastiques soumis à une polymérisation réversible peuvent récupérer des monomères précieux et les convertir en matériaux non endommagés. Cependant, la récupération des monomères est souvent coûteuse, complexe et consommatrice d'énergie. Les plastiques de nouvelle génération, polymérisés à l'aide de liaisons dicétoamine covalentes dynamiques, permettent la récupération de monomères à partir d'additifs courants, même dans des flux de déchets mixtes, ne produisant que de l'eau en tant que sous-produit. Les monomères extraits peuvent être récupérés dans la même formulation de polymère sans perte de productivité, ainsi que dans d'autres formulations de polymères aux propriétés différenciées. La facilité avec laquelle le polyéthylène (dicéténoamine) peut être fabriqué, utilisé, recyclé et réutilisé sans perte de valeur indique de nouvelles directions dans le développement de polymères durables ayant un impact minimal sur l'environnement.
Selon les chercheurs, le problème avec de nombreux plastiques est que les produits chimiques ajoutés à leur utilité, tels que les charges qui rendent les plastiques rigides ou les plastifiants qui rendent les plastiques flexibles, sont étroitement liés aux monomères et restent en place. le plastique Même après avoir été traité dans une usine de recyclage.
Au cours du traitement dans ces installations, les plastiques de différentes compositions chimiques (plastiques solides, plastiques élastiques, plastiques transparents, plastiques colorés) sont mélangés et broyés en morceaux. Lorsque ce mélange de plastique coupé fond pour créer un nouveau matériau, il est difficile de prédire les propriétés qu’il héritera des plastiques originaux.
Cet héritage de propriétés inconnues et donc imprévisibles a empêché les plastiques de devenir ce que beaucoup considèrent comme la base du traitement: un matériau "rond" dont les monomères originaux peuvent être extraits pour être réutilisés aussi longtemps que possible ou "Recyclé" dans un nouveau. Un produit de la plus haute qualité.
Par conséquent, lorsqu'un sac de magasinage réutilisable s'use, il ne peut pas être recyclé pour créer un nouveau produit. Selon Helms, une fois que le sac a atteint la fin de sa vie utile, il est incinéré pour produire de la chaleur, de l'électricité ou du carburant, ou il est transporté dans un site d'enfouissement sanitaire.
Une nouvelle génération de plastiques.
Les chercheurs souhaitent retirer les plastiques des décharges et des océans, en encourageant leur récupération et leur réutilisation, ce qui est possible avec les polymères fabriqués à partir de MPC. "Dans le cas de PDK, les composés invariables des plastiques conventionnels sont remplacés par des composés réversibles qui permettent un traitement plus efficace des plastiques", a déclaré Helms.
Contrairement aux plastiques conventionnels, les monomères plastiques PDK peuvent être éliminés et libérés de tout additif complexe simplement en immergeant le matériau dans une solution très acide. L'acide aide à rompre les liens entre les monomères et les sépare des additifs chimiques qui donnent au plastique un aspect et une sensation.
"Nous sommes intéressés par la chimie qui redirige les cycles de vie des plastiques du linéaire au circulaire", a déclaré Helms. "Nous voyons une opportunité de changer la situation lorsqu'il n'y a aucune option de recyclage, telle que des colas, des étuis de téléphone, des bracelets de montre, des chaussures, des câbles d'ordinateur et des matériaux durs thermodurcis en plastique chaud.
Les chercheurs ont découvert les propriétés surprenantes du recyclage des plastiques à base de MPC lorsque Christensen a appliqué divers acides sur le verre utilisé pour fabriquer les adhésifs MPC, et ont remarqué que la composition de l'adhésif avait changé. Curieux de savoir comment l'adhésif pourrait être transformé, Christensen a analysé la structure moléculaire de l'échantillon à l'aide d'un appareil de spectroscopie RMN. "A notre grande surprise, il s'agissait de monomères d'origine", déclare Helms.
Après avoir testé diverses compositions moléculaires de fonderie, ils ont montré qu'ils divisaient non seulement les acides PDK polymères en monomères, mais permettaient également aux monomères de se séparer des additifs bloquants.
Ils ont ensuite démontré que les monomères PDK récupérés peuvent être convertis en polymères et que les polymères recyclés peuvent former de nouveaux matériaux plastiques sans hériter de la couleur ou d'autres caractéristiques du matériau d'origine, de sorte que le plastique jeté puisse trouver un nouvel usage. Par exemple, un clavier d'ordinateur en plastique PDK peut également être recyclé en ajoutant des fonctions supplémentaires telles que la flexibilité.
Vers l'avenir des plastiques recyclables.
Les chercheurs pensent que leur nouveau plastique recyclable peut constituer une bonne alternative aux nombreux plastiques non recyclables utilisés aujourd'hui.
"Nous sommes à un point critique où nous devons réfléchir à l'infrastructure nécessaire pour moderniser nos installations de recyclage à l'avenir", a déclaré Helms. "Si ces installations étaient conçues pour recycler le PDK et les plastiques connexes, nous pourrions mieux utiliser les plastiques des sites d'enfouissement et des océans. C'est un moment excitant pour réfléchir à la façon de concevoir des matériaux et des installations de recyclage pour permettre l'utilisation. plastiques recyclables ", a déclaré Helms.
Les chercheurs envisagent ensuite de développer des plastiques PDK présentant une large gamme de propriétés thermiques et mécaniques pour diverses applications, telles que le textile, l’impression 3D et les mousses. En outre, ils cherchent à élargir leurs formulations pour inclure des matières végétales et d'autres sources durables.
Bien que ces plastiques «plus écologiques» aident à réduire la contamination des plastiques à l'avenir, l'humanité doit encore gérer 18 milliards de livres de plastique ordinaire qui atteint nos océans chaque année. un milliard de tonnes. Les plastiques ont été créés depuis 1950. Selon une étude réalisée l'année dernière, 79% des déchets sont toujours là, flottant dans la mer, dans des décharges ou éparpillés dans les campagnes.
Références:
Helms, B. A. & Russell, T. P. Polymer chemistries enabling cradle-to-cradle life cycles for plastics. Chem. 1, 813–819 (2016).
Rahimi, A. R. & García, J. M. Chemical recycling of waste plastics for new materials production. Nat. Rev. Chem. 1, 0046 (2017).
García, J. M. & Robertson, M. L. The future of plastics recycling. Science 358, 870–872 (2017).
Hong, M. & Chen, E. Y.-X. Chemically recyclable polymers: a circular economy approach to sustainability. Green Chem. 19, 3692–3706 (2017).
MacArthur, E. Beyond plastic waste. Science 358, 843 (2017).
Schneiderman, D. K. & Hillmyer, M. A. 50th anniversary perspective: There is a great future in sustainable polymers. Macromolecules 50, 3733–3749 (2017).
Sardon, H. & Dove, A. P. Plastics recycling with a difference. Science 360, 380–381 (2018).
#biotechnologie, #PDK, #plastiques, #recyclage
Tous les plastiques, des bouteilles d’eau aux pièces d’automobile, sont constitués de grosses molécules appelées polymères, composées de liaisons répétitives de composés carbonés plus courts appelés monomères.
Les plastiques recyclés sont des produits peu coûteux en raison des impuretés résiduelles et de la dégradation du polymère à chaque cycle de réutilisation. Les plastiques soumis à une polymérisation réversible peuvent récupérer des monomères précieux et les convertir en matériaux non endommagés. Cependant, la récupération des monomères est souvent coûteuse, complexe et consommatrice d'énergie. Les plastiques de nouvelle génération, polymérisés à l'aide de liaisons dicétoamine covalentes dynamiques, permettent la récupération de monomères à partir d'additifs courants, même dans des flux de déchets mixtes, ne produisant que de l'eau en tant que sous-produit. Les monomères extraits peuvent être récupérés dans la même formulation de polymère sans perte de productivité, ainsi que dans d'autres formulations de polymères aux propriétés différenciées. La facilité avec laquelle le polyéthylène (dicéténoamine) peut être fabriqué, utilisé, recyclé et réutilisé sans perte de valeur indique de nouvelles directions dans le développement de polymères durables ayant un impact minimal sur l'environnement.
Selon les chercheurs, le problème avec de nombreux plastiques est que les produits chimiques ajoutés à leur utilité, tels que les charges qui rendent les plastiques rigides ou les plastifiants qui rendent les plastiques flexibles, sont étroitement liés aux monomères et restent en place. le plastique Même après avoir été traité dans une usine de recyclage.
Au cours du traitement dans ces installations, les plastiques de différentes compositions chimiques (plastiques solides, plastiques élastiques, plastiques transparents, plastiques colorés) sont mélangés et broyés en morceaux. Lorsque ce mélange de plastique coupé fond pour créer un nouveau matériau, il est difficile de prédire les propriétés qu’il héritera des plastiques originaux.
Cet héritage de propriétés inconnues et donc imprévisibles a empêché les plastiques de devenir ce que beaucoup considèrent comme la base du traitement: un matériau "rond" dont les monomères originaux peuvent être extraits pour être réutilisés aussi longtemps que possible ou "Recyclé" dans un nouveau. Un produit de la plus haute qualité.
Par conséquent, lorsqu'un sac de magasinage réutilisable s'use, il ne peut pas être recyclé pour créer un nouveau produit. Selon Helms, une fois que le sac a atteint la fin de sa vie utile, il est incinéré pour produire de la chaleur, de l'électricité ou du carburant, ou il est transporté dans un site d'enfouissement sanitaire.
Une nouvelle génération de plastiques.
Les chercheurs souhaitent retirer les plastiques des décharges et des océans, en encourageant leur récupération et leur réutilisation, ce qui est possible avec les polymères fabriqués à partir de MPC. "Dans le cas de PDK, les composés invariables des plastiques conventionnels sont remplacés par des composés réversibles qui permettent un traitement plus efficace des plastiques", a déclaré Helms.
Contrairement aux plastiques conventionnels, les monomères plastiques PDK peuvent être éliminés et libérés de tout additif complexe simplement en immergeant le matériau dans une solution très acide. L'acide aide à rompre les liens entre les monomères et les sépare des additifs chimiques qui donnent au plastique un aspect et une sensation.
Les chercheurs ont découvert les propriétés surprenantes du recyclage des plastiques à base de MPC lorsque Christensen a appliqué divers acides sur le verre utilisé pour fabriquer les adhésifs MPC, et ont remarqué que la composition de l'adhésif avait changé. Curieux de savoir comment l'adhésif pourrait être transformé, Christensen a analysé la structure moléculaire de l'échantillon à l'aide d'un appareil de spectroscopie RMN. "A notre grande surprise, il s'agissait de monomères d'origine", déclare Helms.
Après avoir testé diverses compositions moléculaires de fonderie, ils ont montré qu'ils divisaient non seulement les acides PDK polymères en monomères, mais permettaient également aux monomères de se séparer des additifs bloquants.
Ils ont ensuite démontré que les monomères PDK récupérés peuvent être convertis en polymères et que les polymères recyclés peuvent former de nouveaux matériaux plastiques sans hériter de la couleur ou d'autres caractéristiques du matériau d'origine, de sorte que le plastique jeté puisse trouver un nouvel usage. Par exemple, un clavier d'ordinateur en plastique PDK peut également être recyclé en ajoutant des fonctions supplémentaires telles que la flexibilité.
Vers l'avenir des plastiques recyclables.
Les chercheurs pensent que leur nouveau plastique recyclable peut constituer une bonne alternative aux nombreux plastiques non recyclables utilisés aujourd'hui.
"Nous sommes à un point critique où nous devons réfléchir à l'infrastructure nécessaire pour moderniser nos installations de recyclage à l'avenir", a déclaré Helms. "Si ces installations étaient conçues pour recycler le PDK et les plastiques connexes, nous pourrions mieux utiliser les plastiques des sites d'enfouissement et des océans. C'est un moment excitant pour réfléchir à la façon de concevoir des matériaux et des installations de recyclage pour permettre l'utilisation. plastiques recyclables ", a déclaré Helms.
Bien que ces plastiques «plus écologiques» aident à réduire la contamination des plastiques à l'avenir, l'humanité doit encore gérer 18 milliards de livres de plastique ordinaire qui atteint nos océans chaque année. un milliard de tonnes. Les plastiques ont été créés depuis 1950. Selon une étude réalisée l'année dernière, 79% des déchets sont toujours là, flottant dans la mer, dans des décharges ou éparpillés dans les campagnes.
Références:
Helms, B. A. & Russell, T. P. Polymer chemistries enabling cradle-to-cradle life cycles for plastics. Chem. 1, 813–819 (2016).
Rahimi, A. R. & García, J. M. Chemical recycling of waste plastics for new materials production. Nat. Rev. Chem. 1, 0046 (2017).
García, J. M. & Robertson, M. L. The future of plastics recycling. Science 358, 870–872 (2017).
Hong, M. & Chen, E. Y.-X. Chemically recyclable polymers: a circular economy approach to sustainability. Green Chem. 19, 3692–3706 (2017).
MacArthur, E. Beyond plastic waste. Science 358, 843 (2017).
Schneiderman, D. K. & Hillmyer, M. A. 50th anniversary perspective: There is a great future in sustainable polymers. Macromolecules 50, 3733–3749 (2017).
Sardon, H. & Dove, A. P. Plastics recycling with a difference. Science 360, 380–381 (2018).
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