Les matières plastiques multicouches sont omniprésentes dans les emballages de fournitures alimentaires et médicales, d'autant plus que les polymères de stratification peuvent conférer à ces films des propriétés spécifiques, comme la résistance à la chaleur ou le contrôle de l'oxygène et de l'humidité. Mais malgré leur utilité, ces plastiques omniprésents sont impossibles à recycler en utilisant des méthodes conventionnelles.

Environ 100 millions de tonnes de thermoplastiques multicouches, chacune composée de 12 couches de polymères différents, sont produites dans le monde chaque année. Quarante pour cent de ce total sont des déchets du processus de fabrication lui-même, et parce qu'il n'y a eu aucun moyen de séparer les polymères, presque tout ce plastique finit dans des décharges ou des incinérateurs.

Maintenant, Les ingénieurs de l'Université du Wisconsin-Madison ont mis au point une méthode de récupération des polymères dans ces matériaux à l'aide de solvants, une technique qu'ils ont surnommée le traitement par récupération et précipitation ciblée par solvant (STRAP). Leur preuve de concept est détaillée aujourd'hui (20 novembre 2020) dans la revue Avancées scientifiques .

En utilisant une série de lavages au solvant guidés par des calculs thermodynamiques de solubilité des polymères, Les professeurs de génie chimique et biologique de l'UW-Madison George Huber et Reid Van Lehn et leurs étudiants ont utilisé le procédé STRAP pour séparer les polymères dans un plastique commercial composé de matériaux de stratification courants, le polyéthylène, alcool vinylique d'éthylène, et le polyéthylène téréphtalate.

Le résultat? Les polymères séparés semblent chimiquement similaires à ceux utilisés pour fabriquer le film original.

L'équipe espère maintenant utiliser les polymères récupérés pour créer de nouvelles matières plastiques, démontrant que le processus peut aider à boucler la boucle du recyclage. En particulier, il pourrait permettre aux fabricants de plastique multicouche de récupérer les 40 % de déchets plastiques produits au cours des processus de production et d'emballage.

"Nous l'avons démontré avec un plastique multicouche, " dit Huber. " Nous devons essayer d'autres plastiques multicouches et nous devons faire évoluer cette technologie. "

À mesure que la complexité des plastiques multicouches augmente, il en va de même de la difficulté d'identifier les solvants capables de dissoudre chaque polymère. C'est pourquoi STRAP s'appuie sur une approche informatique utilisée par Van Lehn appelée Conductor-like Screening Model for Realistic Solvents (COSMO-RS) pour guider le processus.

COSMO-RS est capable de calculer la solubilité des polymères cibles dans des mélanges de solvants à différentes températures, réduire le nombre de solvants potentiels qui pourraient dissoudre un polymère. L'équipe peut ensuite explorer expérimentalement les solvants candidats.

« Cela nous permet de nous attaquer à ces systèmes beaucoup plus complexes, ce qui est nécessaire si vous voulez réellement faire une brèche dans le monde du recyclage, " dit Van Lehn.

L'objectif est de développer à terme un système informatique qui permettra aux chercheurs de trouver des combinaisons de solvants pour recycler toutes sortes de plastiques multicouches. L'équipe espère également se pencher sur l'impact environnemental des solvants qu'elle utilise et constituer une base de données de solvants verts qui leur permettra de mieux équilibrer l'efficacité, coût et impact environnemental de divers systèmes de solvants.

Le projet découle de l'expertise d'UW-Madison en catalyse. Depuis des décennies, les chercheurs en génie chimique et biologique de l'université ont lancé des réactions à base de solvants pour convertir la biomasse, comme le bois ou les déchets agricoles, en produits chimiques utiles ou en précurseurs de carburant. Une grande partie de cette expertise se traduit également par le recyclage des polymères à base de solvants.

L'équipe poursuit ses recherches sur le traitement STRAP à travers le nouveau Centre multi-universitaire sur le recyclage chimique des déchets plastiques, réalisé par Huber. Les chercheurs du centre financé par le département américain de l'Énergie de 12,5 millions de dollars étudient plusieurs voies chimiques pour récupérer et recycler les polymères.