新しい種類のリサイクル可能なポリマー材料は、いつかプラスチック廃棄物の削減に役立つ可能性がある

数億トン 使い捨てプラスチックの量は毎年埋立地に捨てられており、リサイクルされるプラスチックのほんの一部であっても、永遠に使い続けることはできません。しかし、私たちの材料科学者グループは、より簡単にプラスチックをリサイクルできる可能性のあるポリマーの作成と分解のための新しい方法を開発しました。これにより、ゴミの日にすべてのリサイクルを慎重に分別する必要がなくなります。

プラスチックが考案されてから 1 世紀が経ち、人々はプラスチックが人間の生活と環境に有益であると同時に有害であるという多大な影響を理解するようになりました。として 高分子科学者のグループ 現実世界の問題に対する持続可能な解決策を発明することに専念する当社は、ポリマーの設計方法を再考し、リサイクル可能性を組み込んだプラスチックを製造することで、この問題に取り組むことに着手しました。

それにしても、なぜプラスチックを使うのでしょうか？

ミルクジャグ、買い物袋、テイクアウト用の容器、さらにはロープなどの日用品が、さまざまな材料から作られています。 ポリオレフィンと呼ばれるポリマー. 。周囲を構成するポリオレフィン プラスチックの半分 毎年生産され、廃棄されます。

これらのポリマーは、一般に HDPE、LLDPE、または PP としてラベル付けされるか、またはそれぞれリサイクル コード #2、#4、および #5 としてラベル付けされ、プラスチックに使用されます。これらのプラスチックは信じられないほど耐久性があります。 化学結合 それらを構成する物質は非常に安定しています。しかし、使い捨ての消費を想定して設定された世界では、これはもはや設計上の特徴ではなく、むしろ設計上の欠陥です。

現在使用されているプラ​​スチックの半分が、現在の 2 倍の工程でリサイクル可能だったらと想像してみてください。これではリサイクル率は 100% にはなりませんが、一桁からは大幅に上昇します。 現在約9% – 2桁に達すると、生産されるプラスチック、環境中に蓄積されるプラスチック、およびそのリサイクルと再利用の能力に大きな影響を与えるでしょう。

私たちがすでに持っているリサイクル方法

リサイクル施設に運ばれるプラスチックも 再利用できません 以前に使用されていたのとまったく同じ方法で、リサイクルプロセスにより素材が劣化するため、実用性と価値が失われます。メーカーは、リサイクルされるたびにグレードが下がるプラスチック製のカップを作る代わりに、一度プラスチックを作って回収し、何度も再利用できる可能性があります。

従来のリサイクルでは、収集したすべての材料を慎重に分別する必要がありますが、非常に多くの種類のプラスチックを使用する場合、これは困難な場合があります。ここ米国では、収集は主に次の方法で行われます。 単一ストリームのリサイクル – 金属缶、ガラス瓶、段ボール箱、プラスチックカップに至るまで、すべてが同じゴミ箱に入れられます。紙と金属を分別するのに複雑な技術は必要ありませんが、ポリプロピレン製の容器とポリエチレン製のミルクジャグを分別するのは、時折間違いを犯さずに行うのは困難です。

リサイクル中に 2 つの異なるプラスチックが混合されると、その有用な特性は大幅に低下します。 それらを役に立たなくする.

しかし、これらのプラスチックの 1 つを別の方法でリサイクルできるとします。そうすれば、最終的にリサイクルの流れを汚染することはありません。ポリプロピレンのサンプルを私たちが作ったポリマーと混合したとき、私たちは次のようになりました。 まだ解重合できる – または材料を分解して – ポリプロピレンに化学的な影響を与えることなく、構成要素を取り戻します。これは、汚染された廃棄物の流れが依然としてその価値を回復できる可能性があり、その中の物質が機械的または化学的にリサイクルされ続ける可能性があることを示しました。

私たちに必要なプラスチックですが、よりリサイクル可能です

で 2023年10月に発表された研究, 私たちのチームは、ポリオレフィンを模倣しながらも化学的にリサイクルできる、2 つの単純な構成要素 (1 つは軟質ポリマー、もう 1 つは硬質ポリマー) のみを備えた一連のポリマーを開発しました。

2 つの異なるポリマーを複数回接続して単一の長い分子を形成すると、いわゆる マルチブロックポリマー. 。マルチブロック ポリマーに各ポリマー タイプをどれだけ配合するかを調整するだけで、私たちのチームはポリオレフィン タイプにまたがる特性を備えた幅広い材料を作成しました。しかし、これらのマルチブロックポリマーの作成は言うは易く行うは難しです。

これらの硬いポリマーと柔らかいポリマーを結合するために、 テクニックを応用した これまでは非常に小さな分子に対してのみ使用されていました。この方法は、1920 年代に開発され、分子の末端の反応基が正確に一致する必要がある段階的にポリマーを製造する従来の方法と比較して改良されました。

私たちの方法では、反応性基が互いに同じになりました。つまり、すでに使用しているポリオレフィンと競合できるポリマーを製造するために、各構成ブロックの末端をペアにすることを心配する必要がありませんでした。同じ戦略を逆に水素を加えて適用すると、ポリマーを切断して構成要素に戻し、簡単に分離して再利用することができます。

ほぼ 年間プラスチック使用量が2倍に増加 2050 年までに予測されるプラスチックリサイクルの複雑さと量は増加する一方です。これは、新しい素材や製品を設計する際の重要な考慮事項です。

たった 2 つの構成要素を使用して、多種多様な特性を持つプラスチックを製造することは、必要な製品の製造に使用されるさまざまなプラスチックの数を削減し、合理化するのに大いに役立ちます。何かを柔軟にするために 1 つのプラスチックを必要とし、何かを硬いものにするために別のプラスチックを必要とし、その中間の特性を得るために 3 つ目、4 つ目、5 つ目を必要とする代わりに、各構成要素の量を変更するだけでプラスチックの挙動を制御できます。

私たちはこれらのポリマーに関するいくつかの大きな疑問にまだ答えている途中ですが、この研究はより持続可能なプラスチックに向けた正しい方向への一歩であると信じています。

私たちはそうでした 資料を作成できる 世界が依存しているプラ​​スチックの特性を模倣したものであり、私たちの目標は現在、既存の方法では不可能なプラスチック組成物の作成に向けられています。