Ερευνητές του Πανεπιστημίου Tohoku στην Ιαπωνία ανέπτυξαν μια νέα τεχνική που μπορεί να αποκαθιστά τη μηχανική αντοχή φθαρμένων τεχνικών πλαστικών, επιδιορθώνοντας τις βλάβες στο μοριακό τους επίπεδο. Η προσέγγιση αυτή θα μπορούσε να βελτιώσει σημαντικά την αποτελεσματικότητα της ανακύκλωσης και να αυξήσει τη διάρκεια ζωής πολύτιμων υλικών.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό «Composites Part A: Applied Science and Manufacturing».
Επανένωση των πολυμερικών αλυσίδων
Η ερευνητική ομάδα επικεντρώθηκε στο πολυβουτυλενοτερεφθαλικό (PBT), ένα ανθεκτικό τεχνικό πλαστικό που χρησιμοποιείται ευρέως σε εξαρτήματα αυτοκινήτων, ηλεκτρικά συστήματα και βιομηχανικές εφαρμογές.
Με την πάροδο του χρόνου, η έκθεση στη θερμότητα και την υγρασία προκαλεί τη διάσπαση των μακριών πολυμερικών αλυσίδων που προσδίδουν στο υλικό την αντοχή του. Παρότι το πλαστικό μπορεί να λιώσει και να αναδιαμορφωθεί, οι συμβατικές μέθοδοι ανακύκλωσης δεν καταφέρνουν συνήθως να επαναφέρουν τις αρχικές μηχανικές του ιδιότητες.
Οι επιστήμονες πρόσθεσαν κατά τη διαδικασία της ανακύκλωσης μια χημική ένωση, γνωστή ως PPDI, η οποία λειτουργεί ως «επεκτατής αλυσίδων». Η ουσία αυτή επανένωσε τις σπασμένες πολυμερικές αλυσίδες, αποκαθιστώντας τη δομή του υλικού.
Αντοχή σχεδόν σαν καινούργιο πλαστικό
Στη βέλτιστη συγκέντρωση του PPDI, το ανακυκλωμένο πλαστικό ανέκτησε εφελκυστική αντοχή σχεδόν αντίστοιχη με εκείνη του νέου υλικού, ενώ παράλληλα αποκαταστάθηκε σε μεγάλο βαθμό και η αρχική του ευκαμψία.
Για να αξιολογήσουν τα αποτελέσματα, οι ερευνητές πραγματοποίησαν δοκιμές εφελκυσμού, χρωματογραφία διαπερατότητας γέλης, φασματοσκοπία υπερύθρου και ανάλυση των τελικών χημικών ομάδων των πολυμερών.
Πιο προβλέψιμη και αποδοτική ανακύκλωση
Η έρευνα αποκάλυψε επίσης σαφή σχέση μεταξύ του μοριακού βάρους των πολυμερών και της μηχανικής αντοχής του υλικού. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, αυτό σημαίνει ότι στο μέλλον θα είναι δυνατή η πρόβλεψη της ποιότητας του ανακυκλωμένου πλαστικού με βάση τα μοριακά του χαρακτηριστικά, αντί να απαιτούνται συνεχείς δοκιμές και πειραματισμοί.
Όπως δήλωσε ο αναπληρωτής καθηγητής Χιρόκι Κουρίτα, «η μελέτη αυτή δείχνει ότι η ανακύκλωση μπορεί να βασιστεί σε επιστημονικές προβλέψεις. Κατανοώντας πώς το μοριακό βάρος επηρεάζει τη μηχανική αντοχή, μπορούμε να περάσουμε από τις εμπειρικές μεθόδους σε πιο αξιόπιστες και προβλέψιμες διαδικασίες».
Προοπτικές για μια πιο βιώσιμη βιομηχανία
Αν και η μελέτη επικεντρώθηκε στο PBT, οι ερευνητές εκτιμούν ότι η ίδια προσέγγιση μπορεί να εφαρμοστεί και σε άλλα θερμοπλαστικά υλικά που υποβαθμίζονται με παρόμοιο τρόπο.
Η νέα μέθοδος θα μπορούσε να συμβάλει στη δημιουργία μιας πιο κυκλικής οικονομίας, επιτρέποντας την επαναχρησιμοποίηση πλαστικών υψηλής απόδοσης, μειώνοντας τα πλαστικά απόβλητα, εξοικονομώντας πρώτες ύλες και περιορίζοντας το περιβαλλοντικό αποτύπωμα της βιομηχανικής παραγωγής.