دانشمندان زباله های پلاستیکی را به استومرهای پایدار با ارزش تبدیل می کنند

چالش جهانی زباله های پلاستیکی، به ویژه پلی اتیلن ترفتالات (PET) از محصولات یکبار مصرف که سالانه میلیون ها تن تولید می کند، تلاش ها را برای تبدیل این زباله ها به مواد با ارزش بالاتر از طریق "چرخش بالا" تشدید کرده است. این مقاله پتانسیل علمی و صنعتی پلی استرهای نیمه معطر بازیافتی شیمیایی، به ویژه اسید ترفتالیک مشتق شده از PET بازیافتی کم ارزش (rPET)، برای سنتز الاستومرهای ترموپلاستیک پیشرفته (TPEs) را بررسی می کند.

I. بازیافت زباله پلی استر و توسعه مواد با ارزش بالا

زباله های جهانی PET از بطری ها و بسته بندی ها نیازمند استراتژی های بازیافت اقتصادی مقرون به صرفه هستند که به سه رویکرد طبقه بندی می شوند:

• بازیافت اولیه:بازفرآوری پلیمرها به تنهایی یا مخلوط برای محصولات ثانویه با الزامات عملکرد پایین تر.
• بازیافت ثانویه:پردازش مجدد حرارتی/فیزیکی به محصولات جدید.
• بازیافت سوم:پلیمریزاسیون از طریق پیرولیز یا روش های شیمیایی برای بازیابی مونومرها.

تقاضاهای قانونی برای پایداری، نوآوری‌ها را در بالابردن PET هدایت کرده است. تحقیقات بر بازیابی ترفتالیک اسید از rPET و بهینه سازی فرآیندها برای ترکیب آن با مونومرهای زیستی (به عنوان مثال، اتیلن گلیکول، بوتاندیول، یا دیول های مشتق شده از فوران) و پلی اترها (PEG، PTHF) برای ایجاد مواد تجاری قابل دوام متمرکز است.

II. کوپلیمرهای بلوکی PBT-PTHF به عنوان TPEهای نسل بعدی

اسید ترفتالیک مشتق شده از rPET می تواند جایگزین دی متیل ترفتالات (DMT) در سنتز پلی بوتیلن ترفتالات (PBT) به عنوان بخش های سخت برای TPEs شود. این کوپلیمرهای بلوک، بخش‌های سخت کریستالی (برای پایداری حرارتی) را با بخش‌های آمورف نرم (برای انعطاف‌پذیری در دمای پایین) ترکیب می‌کنند و امکان کاربرد در خودرو و کالاهای مصرفی را فراهم می‌کنند.

این مطالعه یک فرآیند یک مرحله‌ای را معرفی می‌کند که در آن rPET با 1،4-بوتاندیول (BDO) در حضور PTHF واکنش می‌دهد تا مستقیماً کوپلیمرهای بلوکی PBT-PTHF را تشکیل دهد. در حالی که TPE های مبتنی بر PBT به دلیل تبلور سریعتر نسبت به جایگزین های مبتنی بر PET بر کاربردهای مهندسی تسلط دارند، روابط ساختار-ویژگی در سیستم هایی که مونومرهای مشتق شده از rPET را در خود جای داده اند، مورد بررسی قرار نگرفته است.

III. کنترل ریزساختاری و رفتار فازی

خصوصیات پیشرفته نشان می دهد که چگونه ترکیب بر کریستالیزاسیون تأثیر می گذارد:

• سیستم های غنی از بخش سختجداسازی فاز برجسته را نشان می دهد، بر سینتیک تبلور تأثیر می گذارد و ساختارهای لایه ای را تشکیل می دهد.
• سیستم های بخش نرمحداقل تاثیر جداسازی میکروفاز بر رشد کریستال را نشان می دهد.

میکروسکوپ نور پلاریزه و پراکندگی اشعه ایکس نشان می‌دهد که کوپلیمرهای PBT-PTHF بسته به طول بلوک و شرایط تبلور، اسفرولیت‌ها، دندریت‌ها یا شبکه‌های مهره‌مانند را تشکیل می‌دهند. قابل توجه است که مونومرهای مشتق شده از rPET نرخ تبلور را افزایش می‌دهند - که به کاتالیزورهای باقیمانده در اسید ترفتالیک بازیافتی نسبت داده می‌شود - بدون تغییر مورفولوژی ماکروسکوپی.

IV. پایداری و جهت گیری های آینده

با توجه به اینکه مونومرهای مبتنی بر فسیل در عرض دو دهه با حذف تدریجی مواجه می شوند، این کار چارچوبی برای توسعه TPEهای دایره ای با استفاده از PET زباله و مونومرهای مبتنی بر زیست فراهم می کند. توانایی تطبیق رفتار تبلور از طریق طراحی بلوک کوپلیمر، در حالی که از مواد اولیه بازیافتی استفاده می شود، مدلی مقیاس پذیر برای مواد پایدار با کارایی بالا ارائه می دهد.