Из жареного воска: ученые создали сверхпрочный и перерабатываемый пластик из отработанного масла

Ученые превратили отработанное растительное масло в различные виды перерабатываемых пластиков исключительной прочности — некоторые из них оказались настолько крепкими, что смогли сдвинуть с места автомобиль.

Превращение несъедобных отходов в полезные полимеры — это устойчивый способ создания новых материалов, заявили исследователи в новом исследовании, опубликованном 28 ноября в Журнале Американского химического общества.

«Потоки отходов предлагают потенциально привлекательную альтернативу сырью, полученному из биомассы [для производства пластиков]», — написали ученые в работе.

Один из таких потоков — использованное растительное масло, которого ежегодно образуется почти 3,7 миллиарда галлонов (около 14 млн литров). До сих пор это масло находило применение в смазках, антипригарных покрытиях и топливе, но большая его часть все еще выбрасывается. В новом исследовании ученые нашли способ преобразовать отработанное масло в полезные пластиковые материалы, обладающие сильной адгезией и пригодные для переработки.

Масло состоит из длинных цепей жирных кислот, связанных с молекулами глицерина. Исследователи химически разделили молекулы масла, а затем с помощью серии реакций преобразовали продукты в более простые молекулы.

Комбинируя конечные молекулы спирта и сложного эфира различными способами, исследователи смогли синтезировать ряд полиэфирных пластиков. (Молекулы сложного эфира имеют атом углерода, двойной связью соединенный с атомом кислорода, а также одинарной связью с другим атомом кислорода, имеющим углеродную боковую цепь.)

Тестирование свойств пластиков, включая их температуру плавления и кристалличность, показало, что эти полимеры похожи на полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) — пластик, обычно используемый в упаковке и пластиковых пакетах.

Полиэфиры также оказались липкими из-за атомов кислорода в полимере, которые образуют прочные связи с широким спектром материалов. Это отличает их от ПЭНП, который является углеводородом и содержит только атомы углерода и водорода.

Исследователи проверили адгезионную прочность полимера, склеив две пластины из нержавеющей стали. Пластины оставались прочно склеенными даже при нагрузке до 270 фунтов (123 килограмма). Также не составило труда сдвинуть с места четырехдверный седан на пологом склоне с помощью этих склеенных стальных элементов. Это делает данные полимеры равными или даже более прочными, чем коммерчески доступные клеи, которые команда также протестировала.

Эти свойства делают такие клеи «идеальными для применения в ламинатах и клеях, используемых в упаковке, автомобильных компонентах, медицинских устройствах и электронике», — написали исследователи.

Полиэфирные пластики легко перерабатывались в свои исходные компоненты, а затем снова превращались в пластик. Несколько циклов переработки практически не повлияли на свойства материалов. Некоторые пластики также можно было перерабатывать вместе с другими распространенными пластиками, такими как полиэтилен высокой плотности и полипропилен.

«Эта работа подчеркивает потенциал несъедобных биологических отходов как возобновляемого сырья для… экологически чистых альтернатив пластикам на нефтяной основе», — заключили исследователи.

Это открытие знаменует собой значительный шаг вперед в борьбе с двумя глобальными проблемами одновременно: загрязнением от пластиковых отходов и утилизацией органических отходов. В отличие от многих «биопластиков», для производства которых требуется специально выращиваемая культура (например, кукуруза или сахарный тростник), новая технология использует уже существующий, проблемный отход.

Это снижает давление на сельскохозяйственные земли и не создает конкуренции с производством продуктов питания. Более того, сочетание высокой прочности, отличной адгезии и легкой перерабатываемости в замкнутом цикле делает полученные материалы чрезвычайно перспективными для циркулярной экономики.

Следующими шагами ученых станет оптимизация процесса для снижения его энергозатратности и адаптация технологии для промышленного масштабирования, что может в будущем привести к появлению на полках супермаркетов упаковки или деталей техники, которые когда-то были обычным фритюрным жиром.