پیشرفت قابل توجه در حوزه بازیافت پلاستیک ها

به گزارش صنایع پلاستیک، پلاستیک‌ها سبک، محکم و عالی هستند. البته وقتی دیگر به آن‌ها نیازی نداشته باشید، تبدیل به یک مشکل می‌شوند. به‌علت اینکه پلاستیک‌ها حاوی افزودنی‌های مختلفی مانند رنگ‌ها، پُرکننده‌ها یا بازدارنده‌های آتش هستند. پلاستیک‌های کمی وجود دارد که بتوان بدون کاهش کارایی یا خصوصیات ظاهری آن‌ها را بازیافت کرد. حتی بازیافت‌پذیر‌ترین پلاستیک یعنی پلی‌اتیلن‌ترفتالات یا پت (PET) فقط به‌میزان ۲۰ تا ۳۰ درصد بازیافت‌پذیر است و مابقی آن معمولا وارد دستگاه زباله‌سوز یا در زیر زمین مدفون می‌شود؛ جایی که تجزیه‌ی این مواد غنی از کربن به قرن‌ها زمان نیاز دارد. اما حالا پیشرفت قابل توجه در حوزه بازیافت پلاستیک ها به دست آمده است که اجازه می دهد پلاستیک های صد در صد بازیافت پذیر تولید شده و بدون اینکه از کیفیت آنها کاسته شود، بارها مورد بازیافت قرار گیرند.

حال، گروهی از پژوهشگران آزمایشگاه برکلی، پلاستیک بازیافت‌پذیری را طراحی کرده‌اند که مانند یک مجموعه اسباب‌بازی لگو می‌تواند در سطح مولکولی به اجزای تشکیل‌دهنده‌ی خود تجزیه شود و سپس مجددا به شکل‌ها، بافت‌ها و رنگ‌های دیگری درآید و در عین حال عملکرد یا کیفیت آن دچار نقصان نشود. خصوصیات این ماده‌ی جدید که PDK نامیده می‌شود، در مجله‌ی Nature Chemistry گزارش شده است. پیتر کریستنسن، پژوهشگر آزمایشگاه برکلی و نویسنده‌ی مقاله می‌گوید: بیشتر پلاستیک‌ها هرگز با هدف بازیافت شدن تولید نمی‌شوند؛ اما ما راه جدیدی را برای تولید پلاستیک‌هایی که در سطح ملکولی بازیافت‌پذیر باشند، پیدا کرده‌ایم.

تمام پلاستیک‌ها از بطری‌های آب گرفته تا اجزای پلاستیکی اتومبیل، از مولکول‌های بزرگی به نام پلیمر تشکیل شده‌اند. این مولکول‌ها از واحدهای تکراری کربن‌دار کوتاه‌تری به نام مونومر ساخته می‌شوند. طبق گفته‌ی پژوهشگران، مشکل بسیاری از پلاستیک‌ها این است که مواد شیمیایی که برای بهبود ویژگی به آن‌ها افزوده می‌شود (مانند پُرکننده‌هایی که موجب استحکام پلاستیک می‌شوند یا موادی که باعث انعطاف‌پذیری آن‌ها می‌‌شوند)، پیوند محکمی با مونومرها برقرار کرده و حتی پس از فرایند بازیافت در کارخانه‌ همچنان همراه پلاستیک می‌ماند.

در جریان فرایند بازیافت در این کارخانه‌ها، پلاستیک‌هایی با ترکیبات شیمیایی مختلف (پلاستیک‌های سخت، پلاستیک‌های کششی، پلاستیک‌های شفاف یا پلاستیک‌های رنگی)، با هم مخلوط شده و ریز می‌شوند. وقتی مخلوط پلاستیک‌های خرد شده ذوب می‌شود، نمی‌توان پیش‌بینی کرد که محصول حاصل کدام ویژگی‌های پلاستیک‌های اولیه را کسب خواهد کرد. این توارث نامشخص و غیرقابل پیش‌بینی ویژگی‌ها مانع از رسیدن صنعت پلاستیک به آرزویی محال می‌شود:

یک ماده‌ی چرخشی که مونوموهای اولیه آن را بتوان تا جای که می‌شود برای استفاده‌ی مجدد بازیابی کرد یا حتی برای تولید محصولات جدید و باکیفیت‌تر آن‌ها را تقویت کرد (به‌یافت). بنابراین وقتی یک کیسه‌ی خرید ساخته‌شده از پلاستیک بازیافت شده کهنه و پاره می‌شود، این ماده دیگر نمی‌تواند به‌یافت شده یا حتی برای تولید محصول جدیدی به کار رود. برت هلمز دانشمند آزمایشگاه برکلی که هدایت این مطالعه را برعهده داشته است، می‌گوید: “هنگامی که عمر کیسه به سر آید، این پلاستیک برای تولید گرما، برق یا سوخت سوزاند شده یا اینکه زیر زمین دفن خواهد شد. ساخت پلاستیک‌های چرخشی و به‌یافت پلاستیک‌ها چالش‌های بزرگی هستند. ما در حال حاضر شاهد تاثیر مخرب زباله‌های پلاستیکی بر اکوسیستم‌های آبی خود هستیم و این روند با افزایش تولید پلاستیک و فشاری که روی زیرساخت‌های بازیافت شهری وارد می‌شود، تشدید خواهد شد.”

پژوهشگران قصد دارند با تشویق بازیافت و استفاده‌ی مجدد از پلاستیک‌های قابل‌بازیافتی که از جنس PDK هستند، مانع از انباشته شدن پلاستیک‌ها در زمین یا روانه شدن آن‌ها به سوی اقیانوس‌ها شوند. هلمز گفت: “در پلاستیک‌های PDK، پیوندهای غیر قابل تغییر موجود در پلاستیک‌های معمولی با پیوندهای قابل بازگشتی که موجب بازیافت‌پذیر شدن پلاستیک می‌شوند، جایگزین می‌شود.”

برخلاف پلاستیک‌های معمولی، مونومرهای پلاستیک‌های PDK می‌تواند بازیابی شده و با قرار گرفتن در محلول اسیدی، از هرگونه ترکیبی که به آن اضافه شده است، آزاد شود. اسید به شکستن پیوندهای بین مونومرها کمک می‌کند و آن‌ها را از افزودنی‌های شیمیایی که به آن‌ها شکل و رنگ می‌دهد، جدا می‌کند. به‌گفته‌ی هلمز: ” ما علاقمند به یک فرایند شیمی هستیم که چرخه‌ی زندگی پلاستیک را از حالت خطی به چرخشی تبدیل کند. ما فرصتی می‌بینیم برای ایجاد تفاوت درمواردی که گزینه‌های بازیافتی ندارند. این موارد شامل چسب‌ها، قاب‌های تلفن، بندهای ساعت، کفش‌ها، کابل‌های کامپیوتر و ترموست‌های سختی که با قالب‌ریزی مواد پلاستیکی داغ ساخته می‌شوند، هستند.”

پژوهشگران زمانی به ویژگی هیجان‌انگیز چرخشی پلاستیک‌های PDK پی بردند که کریستنسن داشت اسیدهای مختلف را روی اجزای مورد استفاده برای ساخت چسب‌های PDK امتحان می‌کرد. او متوجه شد ترکیب چسب تغییر کرده است. کریستنسن که درمورد نحوه‌ی تغییر چسب کنجکاو بود، ساختار مولکولی نمونه را با استفاده از دستگاه طیف‌سنجی NMR بررسی کرد. او گفت: “در کمال شگفتی، آن‌ها مونومرهای اولیه بودند.”

آن‌ها پس از آزمایش فرمولاسیون‌های مختلف نشان دادند که اسید نه‌تنها پلیمرهای PDK را به مونومر تجزیه کرده است بلکه همچنین این فرایند موجب شده است که مونومرها از افزودنی‌های دیگر نیز جدا شوند. آن‌ها ثابت کردند که مونومرهای بازیابی شده‌ی PDK می‌تواند دوباره به شکل پلیمر درآمده و پلیمرهای بازیافتی را که دیگر ویژگی‌های گذشته‌ی خود را ندارند، می‌توان به مواد پلاستیکی جدیدی تبدیل کرد. بنابراین آن بند ساعت مشکی شکسته که در سطل زباله انداخته‌اید، اگر از پلاستیک PDK ساخته شده باشد، می‌تواند به‌عنوان یک کیبورد کامپیوتر زندگی جدیدی را آغاز کند. همچنین می‌توان با افزودن ویژگی‌های دیگر این پلاستیک‌ها را به‌یافت کرد.

پژوهشگران اعتقاد دارند که پلاستیک بازیافت‌پذیر جدید آن‌ها می‌تواند جایگزین خوبی برای بسیاری از پلاستیک‌های غیرقابل یازیافتی شود که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرد. هلمز گفت: “ما در نقطه‌ای قرار داریم که باید برای ذخیره و فرایند کردن ضایعات به زیرساخت‌های مورد نیاز برای مدرن‌سازی تجهیزات بازیافت خود فکر کنیم. اگر این تجهیزات به‌منظور بازیافت یا به‌یافت PDK و پلاستیک‌های مرتبط طراحی شده باشد، ما بهتر خواهیم توانست پلاستیک‌ها را از زیر زمین و اقیانوس‌ها منحرف کنیم. این یک زمان هیجان‌انگیز است که ما درمورد نحوه‌ی طراحی مواد و تجهیزات بازیافت فکر کنیم تا پلاستیک‌های چرخشی را وارد کار کنیم. ”

پژوهشگران قصد دارند پلاستیک‌های PDK را برای کاربردهای مختلفی نظیر ساخت منسوجات، پرینت سه‌بعدی و فوم‌ها با طیف وسیعی از ویژگی‌های حرارتی و مکانیکی توسعه دهند. علاوه‌براین، آن‌ها با افزودن مواد گیاهی و دیگر مواد پایدار به‌دنبال گسترش فرمولاسیون این نوع پلاستیک هستند.