Koniec z downcyklingiem plastiku? Japończycy znaleźli sposób na kolorowe odpady
Jednym z najpoważniejszych problemów recyklingu tworzyw sztucznych są barwniki. To właśnie one, dodawane po to, by plastik ładnie wyglądał, sprawiają, że większość kolorowych odpadów plastikowych kończy jako szary lub czarny granulat. Mamy w tym przypadku do czynienia z downcyklingiem, procesem, w wyniku którego po recyklingu otrzymujemy produkt niskiej jakości. To poważny problem, gdyż oznacza, że i tak musimy produkować nowy plastik, gdyż to, co otrzymaliśmy po downcyklingu nie nadaje się do wielu zastosowań. Zespół japońskich naukowców z Osaka Metropolitan University oraz firmy Fuji Pigment postanowił rozwiązać ten problem.
Kiedy barwnik trafia do tworzywa sztucznego, rozpuszcza się lub ulega dyspersji na poziomie cząsteczkowym w całej masie polimeru. Jest z nim wymieszany tak dokładnie, że nie da się go później wyodrębnić. Podczas recyklingu mechanicznego różnokolorowe odpady miesza się razem, a powstająca mieszanka barw zawsze daje w efekcie brudny, ciemny kolor. Dochodzi do degradacji wartości surowca zamiast jego odzyskania.
Rozwiązanie zaproponowane na łamach Green Chemistry polega na tym, by barwnik nigdy nie stykał się bezpośrednio z polimerem. Naukowcy opracowali metodę otrzymywania z krzemionki mikrosfer o średnicy zaledwie 4-6 mikrometrów, wewnątrz których szczelnie zamknięty jest barwnik. Mikrosfery powstają metodą suszenia rozpyłowego, czyli technologią dobrze znaną i łatwą do skalowania przemysłowego.
Kluczowe jest to, że powłoka krzemionkowa jest gęsta i praktycznie nieporowata. Dzięki temu barwnik jest całkowicie odizolowany od otoczenia. Testy wymywania w wodzie przez ponad 24 godziny nie wykazały żadnego wycieku koloru, a mikrosfery bez problemu przetrwały stopienie z tworzywem w temperaturze 250°C podczas wytłaczania i formowania wtryskowego. To warunki, w których większość zwykłych pigmentów organicznych już się rozkłada.
Najciekawszy jest sam proces odzysku. Gotowy, kolorowy przedmiot z polimetakrylanu metylu (PMMA) lub polistyrenu wystarczy zanurzyć w odpowiednim rozpuszczalniku. Polimer się rozpuszcza, a mikrosfery z barwnikiem opadają na dno jako osad. Po odwirowaniu otrzymujemy dwa czyste produkty – przezroczysty roztwór polimeru, który można odzyskać po odparowaniu rozpuszczalnika oraz gotowy do ponownego użycia proszek mikrosfer barwnika. Badacze powtórzyli ten cykl trzykrotnie, formując kolejno przedmioty w kształcie kota, psa i koali z tego samego materiału. Widma fluorescencji i spektroskopia w podczerwieni potwierdziły, że ani barwnik, ani polimer nie tracą swoich właściwości.
Jak jednak oddzielić różne kolory z mieszanych odpadów? Japońscy naukowcy i z tym sobie poradzili. Zsyntetyzowali mikrosfery różnych barw o różnych, ściśle zaplanowanych rozmiarach. Po rozpuszczeniu mieszanego, wielobarwnego przedmiotu wystarczy przesiać osad przez sito o odpowiedniej gęstości oczek, by rozdzielić poszczególne kolory z dużą czystością. Rozmiar cząstki staje się w ten sposób swoistym „kodem kreskowym” koloru.
Co więcej, jeśli mikrosfery trafią jednak na wysypisko, ogrzanie do 500°C całkowicie rozkłada organiczny barwnik, pozostawiając wyłącznie nieszkodliwą krzemionkę, czyli surowiec równie obojętny jak piasek.
Analiza pokazała, że nawet w wersji nieoptymalizowanej metoda dorównuje konkurencyjności klasycznemu recyklingowi chemicznemu, a po optymalizacji przemysłowej mogłaby realnie rywalizować nawet z prostym recyklingiem mechanicznym, oferując przy tym coś, czego mechaniczny recykling nigdy nie da – pełną czystość koloru i materiału.
Komentarze (0)