MIT-onderzoekers maken hard plastic recyclebaar

Annelies Bes

2020-07-23 15:20:40

MIT-onderzoekers recyclen hard plastic ofwel thermoharders

Hard plastic is lastig te hergebruiken. Door te sleutelen aan de chemische samenstelling van plastics hopen onderzoekers dit probleem te verhelpen.

Plastics zijn niet weg te denken uit de huidige consumptiemaatschappij. Het materiaal is ontzettend handig en breed inzetbaar, maar belandt helaas ook op plekken waar het niet hoort. Doordat het traag en vaak onvolledig afbreekt, blijft de plastic afvalberg alsmaar groeien.

Wetenschappers zoeken hiervoor een oplossing in het recyclebaar maken van plastics. Voor een groep plastics, zogeheten thermoharders – bekend om hun enorme stevigheid en hittebestendigheid – was dusver geen duurzame oplossing. Een team MIT-scheikundigen claimt een methode te hebben ontwikkeld die het recyclen van thermoharders moet vergemakkelijken. Het aanpassen van de chemische samenstelling van polydicyclopentadiene (pDCPD) maakt deze thermoharder afbreekbaar tot een poeder, klaar voor hergebruik – zo schrijven de onderzoekers in Nature.

Lees ook:

Polymeerstructuren

Grofweg zijn plastics onder te verdelen in thermoharders en thermoplastics. Thermoplastics zijn vaak zachtere plastics (zoals polyethyleen en polypropyleen) die we veelal terugvinden in tassen of verpakkingsmateriaal van eten en drinken. Een groot deel, zo’n 75 procent van deze plastics kunnen worden gerecycled door ze om te smelten.

Het recyclen van ‘harde’ plastics of thermoharders is daarentegen een stuk lastiger. Dit komt doordat de polymeerstructuren stevig bij elkaar worden gehouden door een netwerk van sterke chemische bruggen: covalente bindingen. Onder verhitting zal het materiaal eerder verbranden dan terugkeren in vloeibare staat. Deze hittebestendig- en stevigheid maakt het materiaal dan wel weer bijzonder geschikt in auto-onderdelen en elektrische apparaten. De onderzoekers zochten dus een manier om het plastic herbruikbaar te maken, zonder dat deze belangrijke eigenschappen verloren gaan.

Plastic poeder

Het idee is als volgt. De onderzoekers voegen speciale schakelblokjes (een monomeer met daaraan een silylether-groep) toe aan de vloeibare substantie waaruit de thermoharder pDCPD wordt gemaakt. De schakelblokken verdelen zich vervolgens keurig over het materiaal. Op deze manier bouwen de wetenschappers een soort controleerbaar zwaktepunt: de silylether-groepen breken namelijk zodra ze in contact komen met fluorideionen. Het materiaal valt uiteen in oplosbare polymeren.

“Erg belangrijk voor het succes van deze recyclebare thermoharders is het feit of deze gescheiden kunnen worden van de vezels die worden gebruikt om een composiet (een materiaal opgebouwd uit verschillende componenten, red.) mechanische sterkte te geven,” vertelt Evelien Maaskant, Food & Biobased Research onderzoeker bij Wageningen University & Research.

Dat bleek succesvol. Wanneer het materiaal voor 7,5 tot 10 procent uit toegevoegde monomeren bestaat, is het opbreekbaar tot een oplosbaar poeder, zonder dat het zijn mechanische kwaliteiten verliest. Vervolgens demonstreerde het team dat het poeder prima omgevormd kon worden tot nieuwe dPCPD-materialen.

Breed inzetbaar?

De onderzoekers hopen hun methode ook in te zetten om andere materialen afbreekbaar en recyclebaar te maken.  “Er bestaan meerdere type chemische bindingen die pas verbroken worden wanneer een bepaalde stimulus wordt toegepast. Deze verbindingen kunnen zeer goed worden toegepast in recyclebare thermoharders; immers we willen dat deze thermoharders pas degraderen wanneer het product gerecycled dient te worden, en dus niet degraderen tijdens de levensfase van het product,” vertelt Maaskant. Om andere thermoharders, zoals epoxyharsen, siliconen, acryl en vulkanisch rubber afbreekbaar te maken, moeten wel eerst de juiste afbreekbare schakelblokken worden gevonden.

Duurzaam

Recyclebare thermoharders zullen waarschijnlijk een belangrijke rol spelen in de transitie naar een circulaire economie, die samengaat met kostenbesparing en een verkleinde milieuvoetafdruk. Maar volgens Maaskant zijn we nog niet zo ver: “De stoffen die nodig zijn om de thermoharder af te breken tot oplosbare polymeren zijn erg agressief, wat een groot nadeel is. De MIT-onderzoekers geven aan dat het aanpassen van de chemische structuur kan helpen, maar hier is nog wel meer onderzoek naar nodig.”

Maarten Bakker, onderzoeker Resources en Recycling aan de Technische Universiteit Delft meent dat deze economische haalbaarheid van recycling ook samenhangt met de grootschaligheid van de toepassing, de duurzaamheid en het succes van inzamelen. “Dergelijke afbreekbare harsen mogen niet in de natuur of het water terechtkomen. Na initiële afbraak van de lange ketens zullen de niet verder afbreekbare polymeerfragmenten achterblijven; dus microplastics van de ergste soort.” De thermoharders moeten op gewenste manier worden ingezameld om ze te recyclen. En dit is voor gewone plastics is al een lastig punt.

Het recyclebaar maken van thermoharders is zeker een stap in de goede richting.  Maar het is wél belangrijk hierbij het juiste doel voor ogen te houden; het verminderen van potentieel lastig afval, is belangrijker dan de vraag of het in principe recyclebaar is.

Bronnen: Nature, EurekAlert!, Evelien Maaskant, Maarten Bakker

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK! 







Podcast KIJK en luister via JUKE



Meer Nieuws