Nowy materiał o dużej stabilności mechanicznej, który można łatwo poddać recyklingowi i nawet kompostowaniu

Stefan Mecking i jego grupa badawcza z Uniwersytetu w Konstancji w Niemczech, stworzyli nowy biodegradowalny materiał – poliestrowe tworzywo sztuczne o dużej stabilności mechanicznej, które można łatwo poddać recyklingowi, a nawet kompostowaniu.

Tworzywa sztuczne zbudowane są z monomerów – długich łańcuchów jednego lub kilku podstawowych modułów chemicznych. Powszechnie stosowane tworzywa sztuczne charakteryzują się wysoką krystalicznością i hydrofobowością, a więc wysoką wytrzymałością mechaniczną i stabilnością. Przykładem może być polietylen o wysokiej gęstości (HDPE), którego podstawowe moduły składają się z niepolarnych cząsteczek węglowodorów. To, co z jednej strony może być korzystne dla zastosowań aplikacyjnych, ma niestety również negatywne skutki – recykling takich tworzyw sztucznych i odzyskiwanie podstawowych modułów jest bardzo energochłonne i nieefektywne. Ponadto, jeśli takie tworzywa przedostaną się do środowiska, proces degradacji jest niezwykle długi.

Aby przezwyciężyć niezgodność między stabilnością a biodegradowalnością tworzyw sztucznych, Mecking i jego zespół wprowadzają chemiczne „punkty pęknięcia” do swoich materiałów. Znacznie poprawia to możliwość recyklingu tworzyw sztucznych podobnych do polietylenu, jednak dobra biodegradowalność nie jest automatycznie gwarantowana. „Tworzywa sztuczne często uzyskują wysoką sprężystość, ponieważ są uporządkowane w gęsto upakowane struktury krystaliczne” – wyjaśnia Mecking – „krystalizację w połączeniu z hydrofobowością zwykle silnie spowalnia proces biodegradacji, ponieważ utrudnia mikroorganizmom dostęp do punktów pękania”. Nie dotyczy to jednak nowego tworzywa opracowanego przez naukowców.

Nowe tworzywo sztuczne – poliester-2,18, składa się z dwóch podstawowych modułów: krótkiej jednostki diolu z dwoma atomami węgla i kwasu dikarboksylowego z 18 atomami węgla. Oba moduły można łatwo pozyskać ze zrównoważonych źródeł. Na przykład materiał wyjściowy do kwasu dikarboksylowego, który jest głównym składnikiem tworzywa sztucznego, pochodzi ze źródła odnawialnego. Właściwości poliestru przypominają właściwości HDPE ze względu na swoją krystaliczną strukturę wykazuje zarówno stabilność mechaniczną, jak i odporność na temperaturę. Jednocześnie pierwsze eksperymenty dotyczące możliwości recyklingu wykazały, że w stosunkowo łagodnych warunkach podstawowe moduły tego materiału można odzyskać.

Nowe tworzywo ma też inną, dość nieoczekiwaną właściwość: pomimo wysokiej krystaliczności jest biodegradowalne, co wykazały eksperymenty laboratoryjne z naturalnymi enzymami oraz testy w przemysłowej kompostowni. W ciągu kilku dni w eksperymencie laboratoryjnym poliester został rozłożony przez enzymy. Mikroorganizmy kompostowni potrzebowały około dwóch miesięcy, więc ten plastik spełnia nawet normy ISO dotyczące kompostowania. „Byliśmy zdumieni tą szybką degradacją” – mówi Mecking dodając: – „oczywiście nie możemy przenieść wyników kompostowni jeden do jednego na żadne możliwe warunki środowiskowe. Potwierdzają jednak, że materiał ten rzeczywiście ulega biodegradacji i wskazują, że jest znacznie mniej trwały niż tworzywa sztuczne, takie jak HDPE, jeśli zostanie przypadkowo uwolniony do środowiska”.

Zarówno możliwość recyklingu nowego poliestru, jak i jego biodegradowalność w zmiennych warunkach środowiskowych należy teraz dalej badać. Mecking widzi możliwe zastosowania tego nowego materiału, m.in. w druku 3D lub w produkcji folii opakowaniowych. Ponadto istnieją dalsze obszary zainteresowania, w których pożądane jest połączenie krystaliczności z możliwością recyklingu i degradacją ścieranych cząstek lub podobną utratą materiału.

Źródło: www.uni-konstanz.de