روش جدید بازیافت، به پلاستیک‌های قدیمی حیاتی تازه می‌بخشد: محققان پلی‌یورتان را تجزیه کرده و از نو می‌سازند تا فوم جدیدی تولید کنند.

پلاستیک های پلی یورتان در همه جا، از تشک‌ها گرفته تا کفش‌ها، استفاده می شوند. اما زمانی که این محصولات دیگر مورد نیاز نباشند، در محل‌های دفن زباله و اقیانوس‌ها در سراسر جهان پخش می‌شوند.
گروهی از محققان دانشگاه نورت‌وسترن (Northwestern)، در مقاله منتشر شده در ۲۷ آگست ۲۰۲۳ در مجله Macromolecules، روش جدیدی برای بازیافت فوم‌های پلی‌یورتان، یکی از رایج‌ترین انواع پلاستیک ها، توسعه داده‌اند که از کاتالیزورهای سبز و غیرسمی استفاده می‌کند.
این فرآیند شامل دسته ای از واکنش‌های شیمیایی است که پلی یورتان را پس از حرارت دادن در حضور کاتالیزور برپایه زیرکونیوم و عامل فوم زا، به طور همزمان فرآورش و مجدداً فوم می‌کند. فوم بازیافتی حاصله، دوام و یکپارچگی ساختاری و شیمیایی خود را حفظ می کند. این فرآیند در مقاله مرتبطی که اوایل آگست ۲۰۲۳ در مجله Advanced Materials منتشر شد، توضیح داده شده است.

ویلیام دیشتل (William Dichtel)، استاد شیمی رابرت ال. لتسینگر (Robert L. Letsinger Professor of Chemistry) در کالج هنر و علوم واینبرگ (Weinberg College of Arts and Sciences) دانشگاه نورت وسترن، مسئولیت رهبری این تیم تحقیقاتی را به عهده داشت و این کشف را “گامی بزرگ به جلو” خواند. به گفته او، هنگامی که پلاستیک‌هایی با چرخه حیات دَوَرانی تولید می‌شوند، به بخش مهمی از اقتصاد آینده تبدیل می گردند.
دیشتل، که یکی از اعضای هیئت علمی مؤسسه پایداری و انرژی پائولا ام. تریننس (Paula M. Trienens Institute for Sustainability and Energy) دانشگاه نورت وسترن است، می‌گوید: «پلیمرهایی که به این رویکرد کاتالیزوری نیاز دارند، پلیمرهای ترموست یا شبکه‌ای نامیده می‌شوند.» ترموست ها به دلیل دوام و پایداری برترشان پلیمرهای مهمی بشمار می روند، اما این ویژگی ها به قیمت بازیافت پذیری آنها تمام می شود. روش های جدید ارائه شده جهت بازیافت ترموست ها باعث کاهش انتشار گازهای گلخانه ای، صرفه جویی در انرژی و کاهش نیاز به محل هایی برای دفن آنها می شود.
این “چرخه حیات دورانی^۱” به موادی اطلاق می شود که به جای اینکه یک بار استفاده شوند و دور ریخته شوند یا از بین بروند، با کمترین افت کیفیت و ارزش، دوباره فرآورش یا تولید می شوند.
در روش بازیافت سنتی، پلاستیک ها ابتدا ذوب و سپس برای استفاده مجدد ریخته‌گری می شوند. اما پلاستیک‌های بادوام‌تر – مانند پلی یورتان‌های حاصل از عایق‌های فومی اسپری شونده، پلیمرهای موجود در فضای داخلی خودرو و انواع پوشاک – به دلیل ساختار شبکه‌ای خود ذوب نمی‌شوند.
دیشتل و تیم تحقیقاتی اش، روشی را برای بازیافت و شکل دهی مجدد محصولات فومی پلی یورتان پس از خرد شدن به قطعات کوچکتر توسط مخلوط کن آشپزخانه و در حضور کاتالیزوری برپایه زیرکونیوم ارائه کرده اند. آنها پیش تر برای انجام این فرآیند به کاتالیزورهای برپایه قلع متکی بودند، اما این کاتالیزورها سمی هستند. هنگامی که پلی یورتان گرم می شود، کاتالیزور زیرکونیوم موجب منظم شدن مجدد پیوندها می شود و تغییر شکل آنها را امکان پذیر می سازد. در همان زمان، عامل فوم زا حباب های گاز را تولید می کند که در داخل پلاستیک به دام می افتند. به این ترتیب، فوم پلی یورتان قدیمی که معمولاً فقط یک بار قابل استفاده است، به یک فوم جدید و تغییر شکل یافته تبدیل می شود.
این کشف در نتیجه تحقیقات قبلی دیشتل که در آن راهی برای بازیافت فوم پلی یورتان و تبدیل آن به پلاستیکی جامد ایجاد کرد، می باشد. اگرچه محصولات پلاستیکی جامد تولید شده در این مطالعه به صورت تجاری مورد استفاده قرار نمی گیرند، اما این نتایج گامی مهم به سمت چرخشی شدن پلی یورتان بود. توانایی بازیافت یک محصول فومی و تبدیل آن به یک فوم دیگر بسیار مهمتر بوده و با همکاری کلیدی دانشمندان شرکت BASF، تولید کننده بزرگ پلی یورتان، امکان پذیر شد.
بر اساس این مطالعه، پیامدهای حاصل از این تکنیک جدید جهانی است. این کشف را می توان در مورد محصولات فومی مصرف شده یا ضایعات پلاستیکی صنعتی استفاده نشده بکار برد.
دیشتل درباره گام های بعدی گفت: “ما هیجان زده هستیم که با شرکای خود در BASF، یکی از مهم ترین و مبتکرترین تولیدکنندگان پلی یورتان در جهان، به تلاش خود برای تولید پلی یورتان های چرخه پذیر و پایدارتر ادامه دهیم.”
برای اطلاعات بیشتر به مقالات زیر رجوع شود:
Molly Sun et al, Green Catalysts for Reprocessing Thermoset Polyurethanes, Macromolecules (2023). DOI: 10.1021/acs.macromol.3c01116
Subeen Kim et al, Circular Reprocessing of Thermoset Polyurethane Foams, Advanced Materials (2023). DOI: 10.1002/adma.202305387