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Chaque année, 3,5 millions de tonnes métriques de couches détrempées finissent dans les décharges.
Le matériau superabsorbant à l'intérieur de ces couches est composé d'une matrice de polymères qui se dilate une fois que l'humidité les frappe. Les polymères sont une longue chaîne d'unités répétitives, et dans ce cas, le matériau absorbant dans les couches est à base d'acide polyacrylique polymère.
Une équipe de l'Université du Michigan a développé une technique pour démêler ces polymères absorbants et les recycler en matériaux similaires aux adhésifs gluants utilisés dans les notes autocollantes et les bandages. Leurs résultats sont publiés dans Communication Nature .
Largement, le recyclage peut être regroupé en recyclage mécanique et recyclage chimique.
« Le recyclage mécanique est ce à quoi la plupart des gens pensent :vous séparez différents plastiques en fonction de leur identité, coupez-les en petits morceaux, les faire fondre et les réutiliser, ce qui diminue la qualité du produit, " a déclaré la chimiste de l'U-M Anne McNeil, auteur correspondant de l'article.
Le recyclage mécanique conduit à des matériaux de moins bonne qualité car les plastiques des différentes entreprises sont construits différemment :les polymères peuvent avoir des longueurs de chaîne différentes ou être modifiés avec différents additifs et colorants.
"Il y a tellement de problèmes, tout est généralement sous-cyclé et finit sous forme de fibres de tapis ou de bancs de parc, " a déclaré McNeil, dont le laboratoire se concentre sur le recyclage chimique des plastiques. "Le recyclage chimique est cette idée d'utiliser la chimie et les transformations chimiques pour fabriquer un matériau à valeur ajoutée, ou au moins un matériau aussi précieux que l'original."
Les qualités qui rendent généralement les plastiques désirables, tels que la ténacité et la durabilité, sont également responsables de leur difficulté à recycler. En particulier, les polymères sont difficiles à décomposer car ils sont maintenus ensemble par des liaisons stables.
McNeil, professeur de chimie et de science et ingénierie macromoléculaires, et Takunda Chazovachii, récemment diplômé de l'UM avec son doctorat en chimie des polymères, travaillé avec Procter &Gamble pour développer un processus en trois étapes qui transforme les polymères superabsorbants en un matériau réutilisable - dans ce cas, adhésifs. La méthode devait être économe en énergie et pouvoir être déployée à l'échelle industrielle.
« Les polymères superabsorbants sont particulièrement difficiles à recycler car ils sont conçus pour résister à la dégradation et retenir l'eau en permanence, " a déclaré Chazovachii. "Les polymères superabsorbants et les adhésifs sont tous deux dérivés de l'acide acrylique. Cette origine commune a inspiré notre idée de recyclage."
Les polymères dans les matériaux superabsorbants ressemblent à un filet de pêche tissé lâchement, McNeil dit, sauf au lieu d'un maillage en nid d'abeille, ces polymères ont une réticulation tous les 2, 000 unités, ce qui est plus que suffisant pour créer une structure de réseau insoluble. Pour recycler ces matériaux, les chercheurs devaient trouver un moyen de séparer le polymère du réseau en chaînes solubles dans l'eau. Chazovachii a découvert que lorsque ces polymères sont chauffés en présence d'acide ou de base, leurs liaisons croisées sont rompues.
Les chercheurs devaient également déterminer si ces procédés seraient réalisables à l'échelle industrielle. Collaborateurs Madeline Somers, assistant de recherche au U-M Graham Sustainability Institute, et José Alfaro, chercheur à l'U-M School for Environment and Sustainability, effectué une évaluation du cycle de vie. Ils ont appris que l'utilisation de cette méthode acide pour déréticuler les polymères présenterait un potentiel de réchauffement global 10 fois inférieur, basé sur la libération de dioxyde de carbone, et exigerait 10 fois moins d'énergie que l'utilisation d'une approche basée sur la médiation.
Prochain, les chercheurs avaient besoin de raccourcir les longues chaînes de polymères dans le matériau pour produire différents types d'adhésifs. Chazovachii a réalisé que la sonication - en utilisant de minuscules bulles d'air éclatantes pour briser les chaînes polymères - pouvait couper les chaînes en morceaux sans modifier les propriétés chimiques des chaînes.
"Ce que nous avons vraiment aimé dans cette méthode, c'est qu'il s'agit d'un processus mécanique doux et simple, " il a dit. " Il casse le polymère mais laisse ses blocs de construction, ou des groupes acides, intact, donc vous pouvez réellement faire d'autres réactions avec."
Finalement, Chazovachii, assisté du professeur de chimie Paul Zimmerman et de son étudiant Michael Robo, convertit les groupes acides sur les chaînes polymères en groupes ester. Cela change les propriétés de soluble dans l'eau à soluble organique, et ils deviennent collants, comme un adhésif. Un bonus supplémentaire :Le réactif utilisé dans cette réaction, qui sert également de solvant, pourraient être recyclés et réutilisés. Après avoir testé les propriétés adhésives, Chazovachii s'est rendu compte que la sonication n'était pas nécessaire pour cibler un type d'adhésif, simplifier davantage l'approche.
Finalement, les chercheurs devaient montrer qu'il était plus facile pour la planète de développer des adhésifs à partir de polymères recyclés que de fabriquer des adhésifs à partir de pétrole, la voie habituelle. En comparant leur voie aux adhésifs à celle conventionnelle, les auteurs ont constaté qu'il y a une réduction de 22% du potentiel de réchauffement climatique et une réduction de 25% de l'énergie pour la route utilisant des couches recyclées.
Les chercheurs disent qu'ils travaillent avec des couches qui sont déjà propres, mais les entreprises qui nettoient les couches usagées se multiplient, tels que la filiale de Procter &Gamble, FaterSMART. En outre, Chazovachii dit que les conditions du recyclage chimique tueraient toutes les bactéries survivantes.
McNeil dit qu'elle espère que les chimistes synthétiques qui travaillent sur la fabrication de réactions pour de petites molécules tourneront leur attention vers les polymères.
"Ce n'est qu'un papier, mais j'ai déplacé la plupart de mes recherches dans cette direction parce que je pense que c'est une opportunité vraiment ouverte pour les chimistes de synthèse d'avoir un impact sur un problème du monde réel, " a déclaré McNeil. " Je veux que plus de gens réfléchissent à cela parce que le problème mondial des plastiques est si énorme et les chimistes peuvent jouer un rôle très important en réimaginant ce que nous faisons avec ces déchets. "