כימאים הצליחו למחזר פלסטיק יציב

כימאים ממכון מסצ’וסטס לטכנולוגיה (MIT) הצליחו לפתח שיטה לשינוי חומרים מסוג פלסטיק תרמוסטי באמצעות מחבר כימי תוך הפיכתם לקלים יותר לפרוק, ועדיין לשמר את החוזק המכאני ההופך אותם לכה שימושיים

[תרגום מאת ד”ר נחמני משה]

פולימרים תרמוסטים (פולימרים שאינם ניתכים בחום), הכוללים בתוכם אפוקסידים, פוליאוריתנים וגומי המשמש להכנת צמיגים, מצויים במוצרים רבים הנדרשים ליציבות רבה ועמידות בפני חום, כדוגמת רכבים או מכשירים אלקטרוניים. אחד מהחסרונות בחומרים אלו טמון בעובדה כי הם בדרך כלל לא ניתנים למחזור או לפרוק קל לאחר השימוש, מאחר והקשרים הכימיים שבבסיסם חזקים יותר מאשר אלו המצויים בחומרים אחרים, כגון חומרים תרמופלסטיים. במסגרת מחקר, שתוצאותיו פורסמו זה מכבר בכתב העת היוקרתי Nature, החוקרים הראו שהם מסוגלים ליצר גרסה מתכלה של פלסטיק תרמוסטי הנקרא pDCPD, לפרק אותו לצורת אבקה ולהשתמש באבקה זו על מנת ליצור כמות נוספת של pDCPD. החוקרים גם הציעו מודל תיאורטי המתאר כיצד הגישה שלהם תוכל היות ישימה למגוון נרחב של סוגי פלסטיק ופולימרים אחרים, למשל גומי. “המחקר הזה חושף עקרון עיצובי בסיסי שאנו מאמינים שהוא מתאים לכל סוג של חומר תרמוסטי בעל מבנה מסוג זה,” אומרJeremiah Johnson, פרופסור לכימיה במכון המחקר והכותב הראשי של המאמר.

חומרים תרמוסטיים הם אחד משני הסוגים העיקריים של פלסטיק, יחד עם חומרים תרמופלסטיים. חומרים תרמופלסטיים כוללים פוליאתילן ופוליפרופילן, פולימרים המשמשים לייצור שקיות פלסטיק ומוצרי פלסטיק חד-תכליתיים אחרים כדוגמת עטיפות למזון. חומרים אלו מיוצרים על ידי חימום כדוריות קטנות של פלסטיק עד אשר הם ניתכים, ואז עיצובם לצורה הרצויה וקירור התוצר המתקבל חזרה למצב מוצק. חומרים תרמופלסטיים, המהווים שבעים וחמישה אחוזים מכלל הפלסטיק המיוצר בעולם, ניתנים למחזור תוך חימומם מחדש עד אשר הם הופכים לנוזל, ולאחר מכן ניתן לעצב אותם מחדש לצורה שונה. חומרי פלסטיק תרמוסטיים נוצרים על ידי תהליך דומה, אולם מרגע שהם מקוררים ועוברים ממצב נוזל למצב מוצק, קשה מאוד להחזיר אותם למצב נוזל. זאת לאור העובדה כי הקשרים הכימיים המחברים בין מולקולות הפולימר הם קשרים כימיים חזקים הנקראים קשרים קוולנטיים, שקשה לפרקם. כאשר מחממים את החומר, פולימר תרמוסטי בדרך כלל יבער לפני שניתן יהיה לעצב אותו מחדש, מסביר החוקר הראשי. “מרגע שהם מתעצבים בצורה מוגדרת, פולימרים אלו מתקבעים בצורתם זו לכל משך קיומם”, מסביר החוקר. “בדרך כלל אין כל שיטה פשוטה למחזר אותם”. החוקרים רצו לפתח שיטה שמסוגלת לשמר את הסגולות של פלסטיק תרמוסטי – החוזק והיציבות שלו – בעודו ניתן לפרוק קל יותר לאחר השימוש בו.

החוקרים מדווחים על מציאת שיטה ליצירת פולימרים פריקים לשם הובלת תרופות, זאת על ידי  הכנסת אבני בניין, או מונומרים, מיוחדים הכוללים במבנה שלהם קבוצת סיליל אתר. מונומר זה מפוזר באופן אקראי בתוך החומר, וכאשר הוא נחשף לחומצות, בסיסים או יונים ( פלואוריד) קשרי הסיליל אתר מתפרקים. על ידי שימוש בשיטה זו, החוקרים הוסיפו מונומרים מבוססי סיליל אתר לחומרי המוצא הנוזליים המשמשים בייצור הפולימר המוגמר. החוקרים מצאו כי המונומרים הללו מהווים בין 7.5 ל-10 אחוזי מכלל רכיבי החומר, כך שהפולימר עדיין משמר את החוזק המכאני שלו, ובבד בבד יכול לעבור פרוק לאבקה מסיסה בעקבות חשיפה ליוני פלואוריד. “התוצאה של השיטה שלנו הייתה מרגשת במיוחד”, אומר החוקר הראשי. “הצלחנו להכין פולימר פריק מבלי לפגום בתכונותיו המכניות השימושיות לנו”.

בשלב השני של המחקר, החוקרים ניסו להשתמש מחדש באבקה שנוצרה מתהליך הפרוק על מנת להכין את אותו פולימר מקורי. על ידי המסת האבקה המתקבלת בתמיסת המוצא הם אכן הצליחו ליצור את הפולימר המבוקש. “לחומר החדש שהתקבל יש תכונות מכאניות כמעט בלתי נבדלות, ולעיתים אף משופרות, בהשוואה לחומר המקורי,” אמר החוקר. “היכולת לנצל את תוצרי הפרוק ולייצר מחדש את אותו פולימר תרמוסטי שוב ושוב באמצעות תהליך קבוע היא ממצא מרתק”. החוקרים סבורים כי גישה כללית זו תוכל להיות מיושמת בתחומים אחרים של כימיה של חומרים תרמוסטיים. אם ניתן יהיה למצוא את המונומרים הפריקים המתאימים עבור סוגים אחרים של תגובות פולימריזציה, גישה זו תוכל לשמש להכנת גרסאות פריקות של חומרים תרמוסטיים אחרים כגון אקרילים, אפוקסידים, סיליקונים או גומי מגופר, מסביר החוקר הראשי.   

תקציר המאמר

הידיעה על המחקר

עוד בנושא באתר הידען:

• המדריך לגמילה מפלסטיק
• מיהן עשר החברות שמזהמות את הים בפלסטיק?
• אצות שגודלו במי מלח יצילו את העולם ממגפת הפלסטיק