يقوم العلماء بتحويل النفايات البلاستيكية إلى مواد مطاطية مستدامة عالية القيمة

أدى التحدي العالمي المتمثل في النفايات البلاستيكية، وخاصة البولي إيثيلين تيريفثاليت (PET) الناتج عن المنتجات ذات الاستخدام الواحد والتي تولد ملايين الأطنان سنويا، إلى تكثيف الجهود لتحويل هذه النفايات إلى مواد ذات قيمة أعلى من خلال "إعادة التدوير". يستكشف هذا المقال الإمكانات العلمية والصناعية للبوليستر شبه العطري المعاد تدويره كيميائيًا، وتحديدًا حمض التريفثاليك المشتق من مادة PET المعاد تدويرها منخفضة القيمة (rPET)، لتصنيع اللدائن المرنة بالحرارة المتقدمة (TPEs).

I. إعادة تدوير نفايات البوليستر وتطوير المواد ذات القيمة العالية

تتطلب نفايات PET العالمية الناتجة عن الزجاجات والتغليف استراتيجيات إعادة تدوير مجدية اقتصاديًا، ويتم تصنيفها إلى ثلاث طرق:

• إعادة التدوير الأولية:إعادة معالجة البوليمرات بمفردها أو مخلوطة للمنتجات الثانوية ذات متطلبات أداء أقل.
• إعادة التدوير الثانوية:إعادة المعالجة الحرارية/الفيزيائية إلى منتجات جديدة.
• إعادة التدوير الثالثي:إزالة البلمرة عن طريق الانحلال الحراري أو الطرق الكيميائية لاستعادة المونومرات.

لقد أدت المطالب التشريعية للاستدامة إلى دفع الابتكارات في مجال إعادة تدوير PET. تركز الأبحاث على استعادة حمض التيريفثاليك من rPET وتحسين العمليات لدمجه مع المونومرات الحيوية (مثل جلايكول الإثيلين، أو البوتانيديول، أو ثنائيات مشتقة من الفوران) والبولي إيثرات (PEG، PTHF) لإنشاء مواد قابلة للاستخدام تجاريًا.

ثانيا. PBT-PTHF كتلة البوليمرات المشتركة باعتبارها TPEs من الجيل التالي

يمكن أن يحل حمض تيريفثاليك المشتق من rPET محل ثنائي ميثيل تيريفثاليت (DMT) في تصنيع تيريفثاليت البولي بيوتيلين (PBT) كأجزاء صلبة لـ TPEs. تجمع هذه البوليمرات المشتركة بين الأجزاء الصلبة البلورية (للثبات الحراري) مع الأجزاء غير المتبلورة الناعمة (للمرونة في درجات الحرارة المنخفضة)، مما يتيح التطبيقات في مجال السيارات والسلع الاستهلاكية.

تقدم هذه الدراسة عملية من خطوة واحدة حيث يتفاعل rPET مع 1،4-بوتانيديول (BDO) في وجود PTHF لتكوين بوليمرات مشتركة لكتلة PBT-PTHF مباشرة. في حين أن TPEs المستندة إلى PBT تهيمن على التطبيقات الهندسية بسبب التبلور الأسرع من البدائل المستندة إلى PET، فإن العلاقات بين البنية والملكية في الأنظمة التي تتضمن المونومرات المشتقة من rPET لا تزال غير مستكشفة.

ثالثا. التحكم في البنية الدقيقة وسلوك المرحلة

يكشف التوصيف المتقدم عن كيفية تأثير التركيب على التبلور:

• الأنظمة الغنية بالقطاعات الصلبةيُظهر فصلًا واضحًا في الطور، مما يؤثر على حركية التبلور وتشكيل الهياكل الصفائحية.
• الأنظمة المهيمنة على القطاع الناعمإظهار الحد الأدنى من تأثير فصل الطور الميكروي على نمو البلورة.

يوضح الفحص المجهري للضوء المستقطب وتناثر الأشعة السينية أن البوليمرات المشتركة PBT-PTHF تشكل كريات أو تشعبات أو شبكات تشبه الخرز اعتمادًا على أطوال الكتلة وظروف التبلور. والجدير بالذكر أن المونومرات المشتقة من rPET تعزز معدلات التبلور - التي تعزى إلى المحفزات المتبقية في حمض التريفثاليك المعاد تدويره - دون تغيير التشكل العياني.

رابعا. الاستدامة والتوجهات المستقبلية

مع مواجهة المونومرات ذات الأساس الأحفوري للتخلص التدريجي في غضون عقدين من الزمن، يوفر هذا العمل إطارًا لتطوير TPEs الدائرية باستخدام نفايات PET والمونومرات ذات الأساس الحيوي. توفر القدرة على تصميم سلوك التبلور من خلال تصميم كتلة البوليمر المشترك، مع الاستفادة من المواد الأولية المعاد تدويرها، نموذجًا قابلاً للتطوير للمواد المستدامة عالية الأداء.