Plastics zijn vaak lastig te recyclen, doordat er allerlei andere stoffen doorheen gemengd zitten, zoals kleurstoffen, weekmakers en vulstoffen. Onderzoekers in de VS hebben nu een thermohardende kunststof ontworpen en bereid die eenvoudig is af te breken tot zijn bouwstenen. Hiermee kan vervolgens weer nieuw plastic worden gemaakt.

De nieuwe kunststof bestaat uit bouwstenen – monomeren – die je als legoblokjes aan elkaar kunt klikken en ook weer los kunt maken. Bij het afbreken van de kunststof en weer in elkaar zetten tot een tweede generatie plastic, gaan de eigenschappen van het materiaal niet of nauwelijks achteruit, blijkt uit onderzoek van wetenschappers van het Lawrence Berkeley Laboratory, een onderzoeksinstituut vlakbij San Francisco. Bij de huidige manieren van recycling is dat nog een probleem.

De details van de nieuwe kunststof staan beschreven in een recent artikel in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Chemistry.
 

Temperatuur

Het nieuwe materiaal is een thermohardende kunststof; dat is een plastic die normaal gesproken één keer in een vorm te gieten (of persen) is, maar die je daarna niet meer kunt vervormen onder invloed van warmte. Deze familie van kunststoffen is dan ook populair voor gebruik in auto’s en elektronische apparaten, waarin de temperatuur behoorlijk kan oplopen.

Elke soort plastic bestaat uit lange polymeerketens die door elkaar heen liggen. Bij thermohardende materialen zijn deze lange ‘spaghettislierten’ nog eens extra met elkaar verknoopt. Deze zogeheten crosslinks, die het materiaal zijn sterkte geven, bestaan uit covalente bindingen. Deze bindingen op moleculair niveau zijn sterk en niet zomaar los te krijgen; daar dankt een thermoharder juist zijn bestendigheid tegen oplosmiddelen en warmte aan. Maar elk voordeel heeft zijn nadeel: die sterke bindingen zorgen er ook voor dat thermohardende kunststoffen heel lastig uit elkaar te halen zijn voor recycling.
 

In tegenstelling tot conventionele kunststoffen kun je de monomeren van het nieuwe plastic terugwinnen (en scheiden van eventuele additieven) eenvoudigweg door het materiaal in een sterk zure oplossing te gooien. Foto's: Peter Christensen et al. / Berkeley Lab.


Sterk, maar komt toch los

De oplossing van de Amerikaanse onderzoekers is een binding die covalent is, en dus sterk, maar die met de juiste behandeling toch vrij gemakkelijk loskomt. Deze binding is gebaseerd op twee C=O-bindingen per monomeer. De ontdekking van de onderzoekers zit hem erin dat een materiaal met dit type verbindingen binnen enkele uren uit elkaar blijkt te vallen in een zuurbad, schrijven Coralie Jehanno en Haritz Sardon, twee wetenschappers die niet bij het onderzoek betrokken waren, in een commentaar bij het artikel in Nature Chemistry. ‘De monomeren konden goed worden opgevangen en ze konden opnieuw worden gebruikt om er een plastic van te maken dat bijna dezelfde eigenschappen heeft als het oorspronkelijke materiaal.’
 

Glasvezel

Dat is op zich al goed nieuws voor de plasticwereld, maar het onderzoek ging nog verder. De wetenschappers herhaalden het proces met het zuurbad, maar nu met toevoeging van andere stoffen, zoals glasvezels, kleurstoffen en vlamvertragers. Hieruit bleek dat deze stoffen niet aan de monomeren gaan zitten. Dat is hoopgevend, want dit laat zien dat de nieuwe methode misschien geschikt is om met glasvezel versterkte kunststoffen te recyclen, ‘op dit moment een van de grootste uitdagingen.’
 

Op deze time-lapse-video is een stuk van het nieuwe plastic te zien terwijl het door zuur wordt afgebroken tot zijn moleculaire bouwstenen (monomeren). Het zuur helpt de bindingen tussen de monomeren te verbreken en ze te scheiden van chemische additieven. Video Peter Christensen / Lawrence Berkeley Laboratory.


Doorbraak

Hoewel de wetenschappers van het Lawrence Berkeley Laboratory dus voor een bescheiden doorbraak hebben gezorgd, zijn er ook vragen en kritische noten te plaatsen bij hun onderzoek. Ten eerste: is hun proces op te schalen naar industriële omvang? Tot nu toe werden bij de experimenten steeds enkele grammen van de stoffen gebruikt.

Vragen zijn er ook over de gebruikte stoffen. Het nieuwe kunststof gaat urenlang in een zuurbad en is dat op een beetje milieuvriendelijke manier in een proces op industriële schaal te gieten? Om hierop antwoorden te krijgen, zouden de onderzoekers hun nieuwe proces eerlijk moeten vergelijken met bestaande manieren om kunststoffen te recyclen. ‘Met een lifecycle-analyse bijvoorbeeld’, schrijven Jehanno en Sardon in hun commentaar.


Openingsfoto: verschillende soorten plastic op een vuilstort. Foto depositphotos.com