Çok katmanlı plastik malzemeler gıda ve tıbbi malzeme ambalajlarında her yerde bulunur, özellikle katmanlama polimerleri bu filmlere ısı direnci veya oksijen ve nem kontrolü gibi belirli özellikler verebilir. Ancak, kullanışlı olmalarına rağmen, her zaman mevcut olan bu plastiklerin geleneksel yöntemler kullanılarak geri dönüştürülmesi imkânsızdır. Her yıl dünya çapında her biri 12 farklı polimer katmanından oluşan yaklaşık 100 milyon ton çok katmanlı termoplastik üretilmektedir. Bu toplamın yüzde kırkı, üretim sürecinin kendisinden kaynaklanan atıktır ve polimerleri ayırmanın bir yolu olmadığından, bu plastiğin neredeyse tamamı çöplüklerde veya yakma fırınlarında bitiyor.
Bu polimerlerin geri dönüşümü için yeni bir çalışma yapıldı, Wisconsin-Madison Üniversitesi mühendisleri, Solvent Hedefli Geri Kazanım ve Çökeltme (STRAP) işleme olarak adlandırdıkları bir teknik olan solventler kullanılarak bu malzemelerdeki polimerleri geri kazanmak için bir yönteme öncülük ettiler. Kavram kanıtı 20 Kasım 2020’de Science Advances dergisinde detaylandırılmıştır.
UW-Madison kimya ve biyoloji mühendislik profesörleri George Huber ve Reid Van Lehn ve öğrencileri, polimer çözünürlüğünün termodinamik hesaplamaları tarafından yönlendirilen bir dizi çözücü yıkama kullanarak, polimerleri ortak katmanlama malzemelerinden oluşan ticari bir plastikte ayırmak için STRAP işlemini kullandılar. Sonuç olarak ayrılan polimerler, orijinal filmi yapmak için kullanılanlara kimyasal olarak benzemektedir. Ekip şimdi geri kazanılan polimerleri yeni plastik malzemeler oluşturmak için kullanmayı umuyor ve bu da sürecin geri dönüşüm döngüsünü kapatmaya yardımcı olabileceğini gösteriyor. Özellikle, çok katmanlı plastik üreticilerinin üretim ve paketleme işlemleri sırasında üretilen plastik atığın yüzde 40’ını geri kazanmasına olanak sağlayabilir. Huber, “Bunu çok katmanlı bir plastikle gösterdik” diyor. “Diğer çok katmanlı plastikleri denememiz ve bu teknolojiyi ölçeklendirmemiz gerekiyor.” Çok katmanlı plastiklerin karmaşıklığı arttıkça, her bir polimeri çözebilen çözücüleri tanımlamanın zorluğu da artar. Bu nedenle STRAP, süreci yönlendirmek için Van Lehn tarafından kullanılan Gerçekçi Çözücüler için İletken Benzeri Tarama Modeli (COSMO-RS) adı verilen bir hesaplama yaklaşımına güveniyor. COSMO-RS, bir polimeri çözebilecek potansiyel çözücülerin sayısını azaltarak, değişen sıcaklıklarda çözücü karışımlarında hedef polimerlerin çözünürlüğünü hesaplayabilir. Van Lehn, “Bu, bu çok daha karmaşık sistemlerin üstesinden gelmemize olanak tanıyor. Geri dönüşüm dünyasında gerçekten bir çukur açacaksanız bu gerekli,” diyor. Amaç, nihayetinde araştırmacıların her türden çok katmanlı plastiği geri dönüştürmek için solvent kombinasyonlarını bulmalarına izin verecek bir hesaplama sistemi geliştirmektir.
Ekip ayrıca kullandığı çözücülerin çevresel etkisine bakmayı ve çeşitli çözücü sistemlerinin etkinliğini, maliyetini ve çevresel etkisini daha iyi dengelemelerini sağlayacak bir yeşil çözücüler veri tabanı oluşturmayı umuyor. Proje, UW-Madison’un katalizdeki uzmanlığından kaynaklanıyor. On yıllardır üniversitenin kimya ve biyoloji mühendisliği araştırmacıları, odun veya tarımsal atıklar gibi biyokütleyi yararlı kimyasallara veya yakıt öncüllerine dönüştürmek için solvent bazlı reaksiyonları incelediler.
ABD Enerji Bakanlığı tarafından finanse edilen merkezdeki araştırmacılar, polimerleri geri kazanmak ve geri dönüştürmek için çeşitli kimyasal yolları araştırıyor.
Kaynak: scitechdaily.com