Een nieuw soort plastic kan herhaaldelijk worden gebruikt

Medewerkers van het Lawrence Berkeley National Laboratory, onderdeel van het Amerikaanse ministerie van Energie, hebben een nieuw type polymeermateriaal ontwikkeld. Dit materiaal kan, net als een bouwdoos, worden gedemonteerd en gemonteerd, waarbij het de gewenste vorm, dichtheid en kleur aanneemt zonder kwaliteitsverlies. Dit polymeer heet polydiketoenamine, kortweg PDK.

Het meeste plastic dat wereldwijd wordt geproduceerd, is niet recyclebaar. Experts hebben een nieuwe productiemethode gebruikt die moleculaire recycling van het product mogelijk maakt.

Het bekendste en meest gebruikte plastic op dit moment, PET (polyethyleentereftalaat), is slechts voor 25% recyclebaar. De rest belandt in verbrandingsovens, stortplaatsen of bezinkt in de bodem en in waterlichamen.

Kunststoffen bestaan meestal uit lange moleculen op basis van koolstof die aan elkaar gekoppeld zijn tot polymeren. Door hun structuur vertonen ze chemische stabiliteit – dat wil zeggen, ze corroderen niet. Om het materiaal aan te passen aan een specifieke toepassing, worden er tijdens de productie andere chemische componenten aan toegevoegd. Zo zijn er additieven nodig om het plastic zachter of juist dichter te maken. Vervolgens kunnen dergelijke additieven niet meer uit de samenstelling worden verwijderd, zelfs niet met gespecialiseerde kunststofverwerking.

Materialen met verschillende chemische componenten worden tijdens het recyclingproces gemengd, gecombineerd en gesmolten. De eigenschappen van het gerecyclede plastic zijn vrijwel onmogelijk te voorspellen.

Plasticrecycling is wereldwijd een enorm probleem. De vervuiling van het ecosysteem wordt overal aangekaart en we zullen er waarschijnlijk rekening mee moeten houden dat de situatie zal verergeren naarmate de hoeveelheid niet-gerecycled en geproduceerd plastic blijft toenemen.

Het blijkt dat de monomeren waaruit PDK bestaat, eenvoudig verwijderd kunnen worden door het materiaal onder te dompelen in een zeer zure vloeistof. Hierdoor worden de verbindingen tussen de monomeren en de overige componenten verbroken.

Wetenschappers ontdekten deze eigenschap van PDK toen ze verschillende zuren toepasten op glazen containers die gebruikt werden om lijmmengsels te bereiden. De specialisten merkten dat de lijm veranderde. Dit dwong hen om het plastic te analyseren met behulp van kernmagnetische resonantie en spectroscopie, wat de originaliteit van de monomeren aan het licht bracht.

Verdere experimenten toonden aan dat de zure omgeving PDK-polymeren afbreekt tot monomeren en ze tegelijkertijd scheidt van andere moleculen. De monomeren kunnen vervolgens weer worden omgezet in polymeren, die na recycling volledig vrij zijn van andere componenten. Experts suggereren dat dit nieuwe type plastic een veelbelovende analoog zou kunnen worden van andere materialen die niet recyclebaar zijn.

Deskundigen hebben al plannen voor de ontwikkeling van PDK-kunststoffen met een breed scala aan thermomechanische eigenschappen voor later gebruik in de textiel- en 3D-printindustrie. Ook de productie van nieuwe soorten kunststof uit plantaardige en milieuvriendelijke materialen staat op de planning.

Details over het werk zijn te vinden op de pagina's van Nature Chemistry (www.nature.com/articles/s41557-019-0249-2).