İleri Dönüşüm: Plastik Poşetleri Yapıştırıcıya Dönüştüren Yeni Katalitik Proses
Birçok kent ve sekiz eyalet tek kullanımlık plastikleri yasaklamışken poşetler ve diğer polietilen ambalajlar hala çöp sahalarını tıkıyor, nehirleri ve okyanusları kirletiyor.
Dünyadaki bütün plastik üretiminin üçte birini oluşturan polietilenin geri dönüştürülmesiyle ilgili başlıca problem ekonomiktir: Geri dönüştürülmüş poşetler, güverte ve yapı malzemesi gibi değeri düşük ürünlere dönüşür ve atıkların tekrar kullanılmasında teşvikin çok az olmasına neden olur. California Üniversitesi, Berkeley’de geliştirilen yeni bir kimyasal proses, polietilen plastiği sağlam ve değeri daha yüksek bir yapıştırıcıya dönüştürür ve bu hesabı değiştirebilir.
UC Berkeley’in Henry Rapoport Organik Kimya Başkanı ve araştırma ekibinin lideri John Hartwig: “Vizyon, değersiz bir plastik poşet almanız ve poşetle işiniz bittiğinde onu çöpe atmak yerine değeri yüksek bir şeye dönüştürmenizdir. Bu geri dönüştürülmüş plastiği, yapışkan özelliklere sahip bir malzemeye dönüştürecekseniz; plastiğin tamamını kullanmayıp bir kısmını değeri yüksek bir şeye kalanını da değeri daha düşük bir şeye dönüştürürseniz bu ekonomiyi değiştirebilir. ”
Çoğu plastik için geri dönüşüm, esneklik ve işlenebilirlik gibi özenle tasarlanmış orijinal plastiğin özelliklerinin birçoğunu atarak bu süreçte plastiği doğramak ve kapsamlı ürünler haline getirmek anlamına gelir. Yeni geri dönüşüm yöntemleri plastikleri yakıt veya madeni yağ olarak kullanılmak üzere bileşenlerine ayırabilse de, bu ürünlerin de değeri düşüktür ve ürünler çevre açısından şüpheli (yakılacak başka bir fosil yakıt) veya kısa ömürlü olabilir.
Geri dönüşümü daha çekici hale getirmek için, araştırmacılar ve plastik endüstrisi “ileri dönüşüm” yollarını arıyorlar. (Bu da geri dönüştürülmüş plastiği daha değerli ve daha uzun ömürlü bir şeye dönüştürmektir.)
Hartwig ve meslektaşlarının geliştirdiği kimyasal proses, polietilenin orijinal özelliklerinin çoğunu koruyor, fakat polimere metale yapışmasını sağlayan bir kimyasal grup ekleniyor: Polietilenin normalde yetersiz olduğu bir şey. Ekip, modifiye edilmiş polietilenin su bazlı lateksle bile boyanabileceğini gösterdi. Lateks, LDPE olarak adlandırılan standart düşük yoğunluklu polietileni kolayca soyar. Bu süreci anlatan makale Chem dergisinde 17 Aralık’ta çevrimiçi olarak yayımlanacak ve derginin Ocak baskısında çıkacaktır.
UC Berkeley’in, biyomühendislik ve malzeme bilimi ve mühendisliği bölümlerinde 1941 sınıfı profesörü olan ortak yazar Phillip Messersmith, “Endüstrinin çok faydalı bulduğu tüm diğer polietilen özelliklerini korurken yapışmayı artırabiliyoruz” dedi. ” Yapışmayı artırırken İşlenebilirlik, termal kararlılık ve mekanik özellikler zarar görmemiş gibi duruyor. Bunu yapmak zor. Burada göstereceğimiz heyecan verici şeyler var. ”
İşlem, endüstriyel kullanımda henüz ekonomik olmasa da, Hartwig iyileştirilebileceğine ve yapışkanlığın yanında farklı özellikler eklemek için başlangıç noktası olabileceğine inanıyor. Bu başarı aynı zamanda diğer katalizörlerin, ekonomik olarak çekici olan daha kıymetli ürünler üretmek için geri dönüştürülmüş plastik şişelerde bulunan polipropilen gibi diğer plastik türleriyle de çalışabileceğini işaret ediyor.
Hidrokarbon Zincirlerinin Ayarlanması
Hartwig, yeni ve kullanışlı özelliklere sahip “işlevselleştirilmiş polimerler” yaratmak için yeni katalitik prosesler (büyük hidrokarbon zincirlere veya polimerlere çok özel yerlerde küçük kimyasal birimler ekleyerek) tasarlama konusunda uzmanlaşmıştır. Bu tür reaksiyonlar zordur, çünkü plastikler kimyasal reaksiyonlara dirençlidir. Bu proje için polietilen zinciri boyunca karbon-hidrojen bağlarının küçük bir bölümüne bir hidroksil grup (oksijen hidrojene veya OH’ye bağlı) ekleyip ekleyemeyeceğini görmek istedi.
“Polietilen genellikle bir zincirde 2.000 ila 10.000 karbona sahiptir ve her karbonda iki hidrojen vardır “Bu gerçekten metilen adı verilen CH2 grubu deryasıdır. Bir metilen pozisyonunun işlevselleştirilmesi için bulabileceğimiz en aktif katalizörü aramak için literatüre daldık.” dedi.
Katı geri dönüştürülmüş plastiğin eritilmesi gerekli olduğundan, katalizörün yüksek sıcaklıklarda çalışması gerekmektedir. Ayrıca, polar olmayan ve dolayısıyla polar olmayan polietilen ile karışabilen bir çözücü içinde çalışması gerekecektir. Bu, kutupsal veya yüklü metallere yapışmamasının bir sebebidir.
Hartwig ve doktora sonrası ortağı Liye Chen, bu şartları sağlayan rutenyum bazlı bir katalizöre (poliflorlu rutenyum porfirin) karar verdi ayrıca yüksek reaktif hidroksil polimer zincirini parçalamadan polimer zincirine OH grupları eklemeyi başardı.Reaksiyon, şaşırtıcı bir şekilde, muhtemelen polietilenin hidrokarbon zinciri boyunca yerleştirilmiş OH molekülleri vasıtasıyla alüminyum metale sıkıca yapışan bir polietilen bileşiği üretti. Yapışmayı daha iyi anlamak için yapışkan özellikleri olan biyolojik dokulara (özellikle midye tarafından üretilen bir yapışkan) odaklanan Chen, Messersmith’in laboratuvarında yüksek lisans öğrencisi Katerina Malollari ile birlikte çalıştı. Chen ve Malollari, polimere oranla küçük bir alkol yüzdesinin eklenmesinin yapışmayı 20 kat artırdığını buldular.
Messersmith, “Kataliz, polimerin % 10’undan daha azına kimyasal değişiklikler getirdi fakat diğer yüzeylere yapışma kabiliyetini önemli ölçüde artırdı” dedi. Polietilenin her şeye yapışmasını sağlamak (lateks boya da dahil) çok fırsat oluşturuyor, diye ekledi. Yapay kalça soketleri ve diz implantları çoğunlukla polietileni metal bileşenlerle bir araya getirir ve metale daha iyi yapışmasını sağlar. İşlevselleştirilmiş polietilen, elektrik telini kaplamak, diğer polimerleri birbirleriyle birleştiren yapıştırıcı sağlamak (örneğin süt kutularında) veya oyuncaklardaki gibi plastik ve metalden daha dayanıklı bileşikler ortaya çıkarmak için kullanılabilir.
Messersmith, “Buradaki fayda, polietilen yapışmasında uzun zamandır süren birçok sorunu çözmeye yardımcı bu işlevsel grupları tanıtabilmektir: Polietilenin diğer polietilene veya diğer polimerlere ve ayriyeten metale yapışması” dedi.
Hartwig, en yaygın plastik olan polipropilen de dahil olmak üzere karmaşık polimerlerin işlevselleştirilmesi için daha çok olanak öngörüyor.
“Uzun zincirli hidrokarbon polimerlere seçici olarak fonksiyonel bir grup ekleyebilen gruplardan biriyiz” dedi. “Başkaları zincirleri parçalayabilir ve ötekiler zincirleri döngüye sokabilir ancak zincirlere kutupsal olan bir işlevsel grup eklemek hiç kimsenin yapamadığı bir şeydir.”
Hartwig’in ekibinde UC Berkeley lisansüstü öğrencisi Adam Uliana da vardı. Çalışmayı, ABD Enerji Bakanlığı (DE-AC02- 05CH11231) ve Ulusal Sağlık Enstitüleri (R37 DE014193) desteklemiştir.
Kaynak : sciencedaily.com
