Производить вторичные полимеры предложили по принципу конструкторов LEGO

Команда академика Ю-Чжун Вана (Yu-Zhong Wang) из Sichuan University (Сычуаньский университет) в Китае предложила инновационную стратегию переработки отходов пластмасс, которая позволила успешно переработать отходы полиэтилена (ПЭ) в высокоэффективные материалы с множеством функций. Статья была опубликована в виде научной статьи в открытом доступе в CCS Chemistry, ведущем журнале китайского химического общества Chinese Chemical Society.

Предложенная стратегия включает разложение полиэтилена на олигомеры, которые затем соединяются по модулю с различными функциональными мономерами посредством динамических иминовых связей.

Это позволяет осуществлять индивидуальную настройку, обеспечивая множество функций, таких как огнестойкость, антистатические свойства, защита от ультрафиолетового излучения и возможность окрашивания. В то же время полученный материал обладает хорошей физической и химической пригодностью для вторичной переработки.

Полиэтилен, как один из наиболее производимых и широко используемых полимеров, сталкивается с трудностями при функционализации и химическом разложении из-за своей химической инертности. Между тем большое количество отходов полиэтилена оказывает воздействие на окружающую среду.

Традиционные методы функционализации полиэтилена часто основаны на физическом смешивании, сополимеризации полярных мономеров или химической прививке, которые часто сталкиваются с такими проблемами, как плохая совместимость, сложность синтеза, ограниченная функциональность или снижение механических свойств. Обеспечение высококачественной и многофункциональной вторичной переработки полиэтилена является важной задачей, стоящей в настоящее время перед цикличной экономикой пластмасс.

Для решения вышеуказанных проблем команда академика Ю-Чжун Вана предложила стратегию LEGO, которая предусматривает модернизацию и переработку полиэтилена в два этапа. Сначала ПЭ подвергается окислению и разложению на олигомеры с активными концевыми группами (ADOPE-CHO), а затем химически реконструируется с использованием различных функциональных модулей (таких как модули огнестойкости/защиты от ультрафиолетового излучения и модули антистатичности/окрашивания) с помощью динамических иминовых связей для получения многофункционального материала с динамической поперечной связью.

Многофункциональный материал с динамической сшивкой обладает превосходными механическими свойствами и стойкостью к растворителям. Предел прочности при растяжении достигает 27 МПа, что почти в 4 раза больше, чем у первичного исходного полиэтилена. В то же время он демонстрирует низкие показатели набухания и потери массы в большинстве растворителей.

Созданный огнестойкий и защищающий от ультрафиолета материал имеет предельный кислородный индекс до 27%, самозатухает на воздухе, а его пиковая скорость тепловыделения снижена до 73% по сравнению с исходным полиэтиленом.

При термическом разложении значительно подавляется образование горючих мелких молекул алканов, а также значительно улучшается их способность к образованию обугливания, при этом остаточная масса составляет до 33% при температуре 700 °C. 

Полученный материал может образовывать устойчивый слой угля во время горения, обеспечивая таким образом теплоизоляцию и кислородную изоляцию. Кроме того, этот материал обеспечивает защиту от ультрафиолетового излучения в полном диапазоне частот.

Поверхностное и объемное удельное сопротивление полученного антистатического, окрашиваемого материала снижено на 2–3 порядка по сравнению с исходным полиэтиленом, что соответствует стандартам для электростатических диссипативных материалов. Материал может быть окрашен в темно-синий цвет раствором метиленового синего, при этом стойкость цвета хорошая, краситель не вымывается. Можно добиться получения различных цветов, регулируя концентрацию или тип раствора красителя.

Поскольку сам по себе полиэтилен не содержит активных функциональных групп, его функционализация обычно достигается путем смешивания с функциональными наполнителями, что приводит к значительным различиям в полярности, плохой совместимости и снижению механических свойств после модификации смеси. Этот метод восстановления сшивки в динамике разрушения не только позволяет создавать модульные конструкции из многофункциональных материалов, но и значительно улучшает механические свойства материала.

Основываясь на динамических изменениях иминовых связей при термической стимуляции и их способности к диссоциации в кислых органических растворах, материал может быть физически вторично переработан с помощью нескольких термических процессов или химически переработан путем полного разложения в кислых условиях.

Подводя итог, можно сказать, что стратегия LEGO обеспечивает высокую гибкость, позволяя осуществлять дальнейшую функционализацию в соответствии с конкретными потребностями, а также дает новое представление о функциональной модификации и вторичной переработке полиолефиновых полимеров.

Цены на вторичные полимеры