مواد و ساخت پیشرفته

بازیافت شیمیایی پلیمرهای پرمصرف وینیل یکی از فناوری‌های کلیدی مورد نیاز برای تحقق یک جامعه پایدار است. در این راستا تیمی از محققان دانشگاه شینشو ژاپن اخیراً فرآیند شیمیایی جدیدی را معرفی کرده‌اند که پلیمریزاسیون پلیمرهای وینیل مبتنی بر استایرن حلقوی را تسهیل می‌کند و منجر به بازیابی یک پیش‌ساز مونومری می‌شود.

این سیستم بازیافت شیمیایی بسیار کارآمد می‌تواند به گردش موثر منابع و توسعه فناوری‌های جدید بازیافت پلاستیک کمک کند. پلیمرهای وینیل یکی از پرکاربردترین مواد پلاستیکی هستند. آنها در همه جا یافت می‌شوند، از لوله‌های پلی‌وینیل کلرید و دستکش‌های جراحی گرفته تا صفحات پلی‌استایرن یکبار مصرف. با توجه به درخواست جهانی برای حرکت به سمت پایداری، آیا بازیافت شیمیایی این پلیمر پرمصرف برای تحقق یک جامعه پایدار عالی نیست؟

اخیراً، تیمی از محققان به سرپرستی دانشیار یاسوهیرو کوساکا از دانشکده‌های علوم و فناوری نساجی و تحقیقات نوآورانه برای مواد فوق‌العاده (RISM) دانشگاه شینشوی ژاپن، مطالعه‌ای را برای یافتن راهی برای دستیابی به این هدف انجام دادند. موفقیت اخیر آنها که به صورت آنلاین در ACS Macro Letters منتشر شد. این تیم راهبرد جدیدی را برای پلیمریزاسیون موثر پلیمرهای وینیل مشتق از استایرن حلقوی برای بازیابی یک پیش‌ساز مونومر ارائه کردند.

به طور سنتی همیشه بازیافت شیمیایی پلیمرهای وینیل چالش برانگیز بوده است. رویکرد مرسوم برای بازیافت هر پلیمر، معکوس کردن فرآیند پلیمریزاسیون است که مستلزم شکستن یک مولکول بزرگ منفرد است که از واحدهای مونومر تکرار شونده تا اجزای مونومر اصلی آن تشکیل شده است. پلیمریزاسیون پلیمرهای وینیل دشوار است زیرا پیوندهای کووالانسی کربن-کربن که واحدهای مونومر را در کنار هم نگه می‌دارند بسیار پایدار هستند و بنابراین شکستن آنها سخت است.

هر چند راه‌هایی را برای شکستن ستون فقرات کربن-کربن پلیمرهای وینیل پیشنهاد شده است اما اکثر آنها در بریدگی کمی و انتخابی (شکستن پیوند) زنجیره اصلی آن که برای بازیابی مؤثر مونومرها حیاتی است، ناکام هستند. دکتر کوهساکا توضیح می‌دهد پلیمرهایی که پایدار هستند قابلیت بازیافت ضعیفی دارند و آنهاییکه به راحتی قابل بازیافت هستند طبیعت ناپایداری دارند. ما با چشم پوشی از راهبردهای مرسوم که سعی در معکوس کردن واکنش پلیمریزاسیون برای بازیابی مونومرها و توسعه یک فرآیند بازیافت دو مرحله‌ای دارند، بر این مبادله غلبه کردیم.

در مرحله اول از تجزیه پلیمر یک پیش‌ساز مونومر به دست آمد که به دنبال آن بازیابی مونومر با اصلاح شیمیایی انجام شد. این تیم پلیمرهای وینیل ساخته شده از مشتقات حلقوی استایرن جایگزین شده با آلفا مانند 3-متیلن فتالید را به عنوان مولکول خود برای آزمایش بازیافت‌پذیری شیمیایی و بررسی واکنش باز شدن حلقه گروه‌های آویز در حضور پایه‌ای مانند هیدروکسید سدیم انتخاب کردند. آنها دریافتند که باز شدن حلقه‌ها به دلیل صابونی شدن باعث افزایش مانع فضایی در اطراف گروه‌های آویز می‌شود که منجر به بریدگی زنجیره اصلی و دپلیمریزاسیون پلیمر وینیل به پیش‌سازهای مونومری می‌شود.

این پیش‌سازهای بازیافت شده سپس از طریق کلرزنی تک‌مرحله‌ای و استریفیکاسیون درون مولکولی خود به خود به مونومر تبدیل شدند. محققان همچنین دریافتند که همان ساختار مونومر حلقوی که پلیمریزاسیون را تسهیل می‌کند، به دلیل کاهش مانع فضایی در اطراف گروه وینیلیدین، مسئول پلیمریزاسیون نیز هست. این یافته‌ها محققان را به این نتیجه رساند که مشتقات حلقوی استایرن جایگزین شده با آلفا می‌توانند به طور بالقوه مواد شیمیایی را بازیافت کنند.

در سطح گسترده‌تر این مطالعه با ارائه روشی آسان برای پلیمریزاسیون و پلیمریزاسیون پلیمرهای وینیل موجود در همه جا، راه‌های جدیدی را برای گردش منابع، یکی از ستون‌های اساسی یک جامعه پایدار باز کرده است. محققان بر این باورند که یافته‌های آنها می‌تواند خوراک مفیدی را برای تحقیقات بیشتر در مورد نه تنها پلیمریزاسیون مواد پلاستیکی بلکه همچنین توسعه پلاستیک‌های قابل بازیافت جدید فراهم کند.

طبق گفته این تیم تحقیقاتی، هدف تحقیقات ما کمک به ماموریت توسعه فناوری کارآمد بازیافت پلاستیک بود، ابزاری که بشریت در پس آلودگی زیست‌محیطی ناشی از پلاستیک‌ها به شدت به آن نیاز دارد. در حالیکه ما نمی‌توانیم تمام پلاستیک‌هایی را که از قبل در این سیاره وجود دارد حذف کنیم. ما حداقل می‌توانیم بهترین استفاده را از منابع پلاستیکی در دسترس خود با راهبرد جدید بازیافت شیمیایی خود داشته باشیم.

منبع