طور باحثون في جامعة كونستانز مادة بلاستيكية جديدة عالية الثبات وقابلة للتحلل الحيوي وقابلة لإعادة التدوير بسهولة.
كيف تصمم اللدائن بحيث تحتفظ بخصائصها المفيدة مع سهولة إعادة تدويرها؟ الكيميائي ستيفان ميكينج ومجموعته البحثية في جامعة كونستانس التركيز على استكشاف حلول صديقة للبيئة للبلاستيك. في مقالهم الأخير في الطبعة الدولية من الكيمياء التطبيقيةيقدم الفريق بوليستر جديدًا له خصائص مادية مناسبة للاستخدام الصناعي وصديق للبيئة.
عادة غير متوافق
يتكون البلاستيك من سلاسل طويلة من لبنة بناء كيميائية أساسية واحدة أو أكثر ، تسمى المونومرات. يتم استخدام المواد البلاستيكية التي تتميز بدرجة عالية من التبلور وعدم نفاذية الماء ، وبالتالي فهي قوية جدًا ومستقرة ميكانيكيًا. ومن الأمثلة المعروفة البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) ، الذي تتكون كتل بنائه من جزيئات هيدروكربونية غير قطبية. ما يمكن أن يكون مفيدًا للتطبيقات من ناحية يمكن أن يكون له أيضًا آثار سلبية: فهي كثيفة الاستخدام للطاقة وغير فعالة لإعادة تدوير مثل هذه المواد البلاستيكية واستعادة الوحدات الأساسية. علاوة على ذلك ، إذا تسربت هذه المواد البلاستيكية إلى البيئة ، فإن عملية التحلل تكون طويلة للغاية.
للتغلب على هذا التعارض المفترض بين الاستقرار وقابلية التحلل البيولوجي للبلاستيك ، قام ميكينج وفريقه بإدخال “نقاط كسر” كيميائية في موادهم. لقد أظهروا بالفعل أن هذا يحسن بشكل كبير من قابلية إعادة تدوير البلاستيك من نوع البولي إيثيلين. ومع ذلك ، لا يتم ضمان التحلل البيولوجي الجيد تلقائيًا. يشرح ميكينج: “غالبًا ما يكتسب البلاستيك مرونة كبيرة لأنه يتم ترتيبها في هياكل بلورية كثيفة”: “إن التبلور المرتبط بصد الماء يؤدي عمومًا إلى إبطاء عملية التحلل البيولوجي إلى حد كبير ، لأنه يعيق وصول الكائنات الحية الدقيقة إلى نقاط الانكسار”. ومع ذلك ، هذا لا ينطبق على البلاستيك الجديد للباحثين.
بلوري لكن قابل للتسميد
يتكون البلاستيك الجديد ، بوليستر -2،18 ، من كتلتين أساسيتين: وحدة قصيرة ثنائية الكربون ثنائية الكربون ووحدة ثنائية الكربوكسيل
يجب الآن مزيد من التحقيق في إمكانية إعادة تدوير هذا البوليستر وقابليته للتحلل البيولوجي في ظل ظروف بيئية مختلفة. يرى Mecking التطبيقات الممكنة لهذه المادة الجديدة ، على سبيل المثال في الطباعة ثلاثية الأبعاد أو في إنتاج أوراق التغليف. بالإضافة إلى ذلك ، هناك مجالات أخرى ذات أهمية ، حيث يكون من المرغوب فيه الجمع بين التبلور وقابلية إعادة التدوير وتدهور الجسيمات المتآكلة أو فقدان مماثل للمواد.
المرجع: “مادة شبيهة بالبولي إيثيلين عالية الكثافة قابلة للتحلل” بقلم مارسيل إيك وسيمون تيم شواب وتايلور فريدريك نيلسون وكاترين ورست وستيفن إيبرل وديفيد شلايك وكريستوف لينك وجلاوكو باتاغليارين وستيفان ميكينج ، 8 ديسمبر 2022 ، الكيمياء التطبيقية.
DOI: 10.1002 / ange.202213438