Des chercheurs de l'Université nationale de Singapour (NUS) ont apporté une contribution significative à la résolution du problème mondial des déchets plastiques, en créant un moyen de convertir les déchets de bouteilles en plastique en aérogels pour de nombreuses applications utiles.

Les bouteilles en plastique sont généralement fabriquées à partir de polyéthylène téréphtalate (PET), qui est le plastique le plus recyclé au monde. Les aérogels PET développés par l'équipe de recherche dirigée par NUS à partir de déchets de bouteilles en plastique - une première mondiale - sont doux, souple, durable, extrêmement léger et facile à manipuler. Ils démontrent également une isolation thermique supérieure et une forte capacité d'absorption. Ces propriétés les rendent attrayants pour un large éventail d'applications, comme pour l'isolation thermique et phonique des bâtiments, nettoyage de déversement d'hydrocarbures, et également comme doublure légère pour les manteaux de pompier et les masques d'absorption de dioxyde de carbone qui pourraient être utilisés lors d'opérations de sauvetage et d'évacuation en cas d'incendie.

Ce travail pionnier a été réalisé par une équipe de recherche dirigée par le professeur agrégé Hai Minh Duong et le professeur Nhan Phan-Thien du département de génie mécanique de la faculté de génie NUS. La technologie pour produire des aérogels PET a été développée en collaboration avec le Dr Xiwen Zhang de l'Institut de technologie de fabrication de Singapour (SIMTech) sous l'égide de l'Agence pour la science, Technologie et recherche (A*STAR).

Recycler les déchets de bouteilles en plastique

Les déchets plastiques sont toxiques et non biodégradables. Ces déchets finissent souvent dans les océans et les décharges, affectant la vie marine et causant des problèmes tels que la contamination des eaux souterraines et la rareté des terres. Globalement, la consommation annuelle de bouteilles en plastique est en constante augmentation, et il devrait dépasser un demi-billion de tonnes par an d'ici 2021.

"Les déchets de bouteilles en plastique sont l'un des types de déchets plastiques les plus courants et ont des effets néfastes sur l'environnement. Notre équipe a développé un méthode économique et écologique pour convertir les déchets de bouteilles en plastique en aérogels PET pour de nombreuses utilisations passionnantes. Une bouteille en plastique peut être recyclée pour produire une feuille d'aérogel PET au format A4. La technologie de fabrication est également facilement évolutive pour la production de masse. De cette façon, nous pouvons aider à réduire les dommages environnementaux nocifs causés par les déchets plastiques, ", a déclaré le professeur Assoc Duong.

Aérogels PET polyvalents

L'équipe de recherche a mis deux ans (d'août 2016 à août 2018) pour développer la technologie permettant de fabriquer des aérogels PET. Ce travail a été publié dans la revue scientifique Colloïdes et surfaces A en août 2018.

"Nos aérogels PET sont très polyvalents. Nous pouvons leur donner différents traitements de surface pour les personnaliser pour différentes applications. Par exemple, lorsqu'il est incorporé avec divers groupes méthyle, les aérogels PET peuvent absorber très rapidement de grandes quantités d'huile. Sur la base de nos expériences, ils fonctionnent jusqu'à sept fois mieux que les absorbants commerciaux existants, et conviennent parfaitement au nettoyage des déversements d'hydrocarbures, " a ajouté le professeur Nhan.

Des manteaux de pompier plus légers et plus sûrs

Une autre nouvelle application consiste à exploiter la propriété d'isolation thermique des aérogels PET pour des applications de sécurité incendie.

Les manteaux de pompier existants sont volumineux et ils sont souvent utilisés avec d'autres équipements respiratoires et de sécurité. Cela pourrait coûter cher aux pompiers, surtout lors d'opérations prolongées.

Lorsqu'il est recouvert de produits chimiques ignifuges, le nouvel aérogel PET léger démontre une résistance thermique et une stabilité supérieures. Il peut résister à des températures allant jusqu'à 620 degrés Celsius - c'est sept fois plus élevé que la doublure thermique utilisée dans les manteaux de pompier conventionnels, mais ne pèse qu'environ 10 pour cent du poids d'une doublure thermique conventionnelle. La nature douce et flexible de l'aérogel PET offre également un plus grand confort.

Le professeur Nhan a expliqué, "En adoptant des aérogels PET enduits de produits ignifuges comme matériau de revêtement, les manteaux de pompier peuvent être rendus beaucoup plus légers, plus sûr et moins cher. Il est également possible de produire des vestes résistantes à la chaleur à faible coût pour un usage personnel."

Masque 2 en 1 qui absorbe le dioxyde de carbone nocif et les particules de poussière

Lorsqu'il est revêtu d'un groupe amine, l'aérogel PET peut rapidement absorber le dioxyde de carbone de l'environnement. Sa capacité d'absorption est comparable aux matériaux utilisés dans les masques à gaz, qui sont coûteux et encombrants. Pour illustrer cette application, l'équipe a intégré une fine couche d'aérogel PET dans un masque commercial à fines particules pour créer un prototype de masque capable d'absorber efficacement à la fois les particules de poussière et le dioxyde de carbone.

Le professeur Nhan a dit, « Dans les pays très urbanisés comme Singapour, les masques d'absorption de dioxyde de carbone et les vestes résistantes à la chaleur fabriqués à partir d'aérogels PET peuvent être placés à côté des extincteurs dans les immeubles de grande hauteur pour offrir une protection supplémentaire aux civils lorsqu'ils s'échappent d'un incendie.

"Les masques doublés d'aérogels PET renforcés aux amines peuvent également profiter aux personnes vivant dans des pays comme la Chine, où la pollution de l'air et les émissions de carbone sont des préoccupations majeures. De tels masques peuvent être facilement produits, et peut aussi potentiellement être rendu réutilisable, " a ajouté le professeur Assoc Duong.

Les chercheurs du NUS cherchent également à apporter une simple modification de surface aux aérogels PET pour l'absorption de gaz toxiques tels que le monoxyde de carbone, qui est la composante la plus mortelle de la fumée.

Dans leurs travaux antérieurs, l'équipe de recherche a réussi à convertir les déchets de papier et de mode en aérogels de cellulose et de coton respectivement. Couplé à cette dernière innovation de recyclage des déchets de bouteilles plastiques en aérogels, l'équipe NUS a récemment remporté la première place dans la catégorie Technologies durables du concours de design Create the Future 2018 par Tech Briefs.