Header Reklam
Header Reklam

Kimyagerler Sert Plastikleri Geri Dönüştürülebilir Hale Getiriyor

15 Ağustos 2020
Kimyagerler Sert Plastikleri Geri Dönüştürülebilir Hale Getiriyor

Termoset plastiklerin üretilmesi için yeni yöntem, kullanımdan sonra daha kolay parçalanmalarına izin veriyor. Araba parçalarında ve elektrikli cihazlarda bulunan termoset polimerlerin dayanıklı ve ısıya dayanıklı olması gerekir, ancak tipik olarak kullanımdan sonra kolayca geri dönüştürülemez veya parçalanamaz. MIT kimyagerleri, termoset plastikleri modifiye etmek için mekanik dayanıklılıklarından ödün vermeden daha kolay parçalanmalarını sağlayan bir yol geliştirdi.
Epoksiler, poliüretanlar ve lastikler için kullanılan kauçuğu içeren termosetler, arabalar veya elektrikli aletler gibi dayanıklı ve ısıya dayanıklı olması gereken birçok üründe bulunur. Bu malzemelerin bir dezavantajı, kullanımdan sonra tipik olarak kolayca geri dönüştürülemeyecek veya parçalanamayacak olmasıdır, çünkü onları bir arada tutan kimyasal bağlar, termoplastikler gibi diğer malzemelerde bulunanlardan daha güçlüdür.
MIT kimyagerleri, termoset plastikleri, malzemelerin parçalanmasını çok daha kolay hale getiren, ancak yine de onları bu kadar kullanışlı kılan mekanik mukavemeti korumalarına izin veren kimyasal bir bağlayıcıyla modifiye etmenin bir yolunu geliştirdi.
Nature'da yayınlanan bir çalışmada, araştırmacılar, pDCPD adı verilen bir termoset plastiğin parçalanabilir bir versiyonunu üretebileceklerini, onu toza ayırabileceklerini ve daha fazla pDCPD oluşturmak için bu tozu kullanabileceklerini gösterdi. Ayrıca, yaklaşımlarının çok çeşitli plastiklere ve kauçuk gibi diğer polimerlere uygulanabileceğini öneren teorik bir model ortaya koydular.
MIT'de kimya profesörü ve çalışmanın kıdemli yazarı Jeremiah Johnson, "Bu çalışma, bu temel mimariye sahip her tür termoset için geçerli olduğuna inandığımız temel bir tasarım ilkesini ortaya koyuyor" diyor.
MIT'de Amerikan Kanser Derneği Doktora Sonrası Araştırmacısı olan Peyton Shieh, makalenin ilk yazarıdır.
Geri dönüşümü zor
Termosetler, termoplastiklerle birlikte iki ana plastik sınıfından biridir. Termoplastikler, plastik torbalar ve gıda ambalajları gibi diğer tek kullanımlık plastikler için kullanılan polietilen ve polipropileni içerir. Bu malzemeler, küçük plastik topaklarının eriyene kadar ısıtılması, ardından istenen şekle getirilmesi ve tekrar katı hale gelmelerine izin verilerek yapılır.
Dünya çapındaki plastik üretiminin yaklaşık yüzde 75'ini oluşturan termoplastikler, sıvı hale gelinceye kadar tekrar ısıtılarak geri dönüştürülebilir, böylece yeni bir şekle dönüştürülebilir.
Termoset plastikler benzer bir işlemle yapılır, ancak sıvıdan katıya soğutulduklarında, onları sıvı hale geri döndürmek çok zordur. Bunun nedeni, polimer molekülleri arasında oluşan bağların, kırılması çok zor olan kovalent bağ adı verilen güçlü kimyasal bağlar olmasıdır. Johnson, ısıtıldığında, termoset plastiklerin tipik olarak yeniden kalıplanmadan önce yanacağını söylüyor.
"Belirli bir şekle girdiklerinde, ömürleri boyunca bu şekilde kalıyor. Genellikle onları geri dönüştürmenin kolay bir yolu yoktur" diyor.
MIT ekibi, termoset plastiklerin olumlu özelliklerini (dayanıklılıkları) korumanın bir yolunu geliştirirken, kullanımdan sonra parçalanmalarını kolaylaştırmak istedi.
Geçen yıl Shieh'in baş yazar olduğu bir makalede Johnson’s grubu, bir silil eter grubu içeren bir yapı taşı veya monomer ekleyerek ilaç dağıtımı için parçalanabilir polimerler oluşturmanın bir yolunu açıkladı. Bu monomer malzeme boyunca rastgele dağılır ve malzeme asitlere, bazlara veya florür gibi iyonlara maruz kaldığında silil eter bağları kopar.
Bu polimerleri sentezlemek için kullanılan aynı tip kimyasal reaksiyon, kamyonlarda ve otobüslerde gövde panelleri için kullanılan polidisiklopentadien (pDCPD) dahil olmak üzere bazı termoset plastikler yapmak için de kullanılır.
Araştırmacılar, 2019 makalelerindeki aynı stratejiyi kullanarak, pDCPD'yi oluşturan sıvı öncüllere silil eter monomerleri eklediler. Silil eter monomerinin toplam malzemenin yüzde 7.5 ila 10'unu oluşturması durumunda, pDCPD'nin mekanik mukavemetini koruyacağını, ancak florür iyonlarına maruz kaldığında çözünür bir toz haline parçalanabileceğini buldular.
Johnson, "Bulduğumuz şey heyecan vericiydi. PDCPD'yi, kullanışlı mekanik özelliklerine zarar vermeden bozunur hale getirebiliyoruz" dedi.
Araştırmanın ikinci aşamasında, araştırmacılar ortaya çıkan tozu yeni bir pDCPD materyali oluşturmak için yeniden kullanmaya çalıştı. Tozu, pDCPD yapmak için kullanılan öncül çözeltide çözdükten sonra, geri dönüştürülmüş tozdan yeni pDCPD termosetler yapabildiler.
Johnson, "Bu yeni malzeme, orijinal malzemeye kıyasla neredeyse ayırt edilemez ve bazı yönlerden geliştirilmiş mekanik özelliklere sahip. Bozunma ürünlerini alıp aynı işlemi kullanarak aynı termoseti yeniden yapabileceğinizi görmek heyecan verici" diyor.
Araştırmacılar, bu genel yaklaşımın diğer termoset kimyası türlerine de uygulanabileceğine inanıyor. Bu çalışmada, polimerlerin tek tek liflerini oluşturmak için bozunabilir monomerlerin kullanılmasının, daha önce denenmiş olan lifleri birbirine "çapraz bağlamak" için bozunabilir bağlar kullanmaktan çok daha etkili olduğunu gösterdiler. Bu parçalanabilir lif yaklaşımının birçok başka türde bozunabilir malzeme üretmek için de kullanılabileceğine inanıyorlar.
Diğer tip polimerizasyon reaksiyonları için doğru türde bozunabilir monomerler bulunabilirse, bu yaklaşım akrilikler, epoksiler, silikonlar veya vulkanize kauçuk gibi diğer ısıyla sertleşen materyallerin bozunabilir versiyonlarını yapmak için de kullanılabilir.

Araştırmacılar şimdi teknolojiyi lisanslamak ve ticarileştirmek için bir şirket kurmayı planlıyor.
Araştırma, Ulusal Bilim Vakfı ve Ulusal Sağlık Enstitüleri tarafından finanse edildi.



Slider Altına