نجح كيميائيون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) في تطوير طريقة لتعديل المواد البلاستيكية الحرارية باستخدام مادة رابطة كيميائية مع تسهيل تفريغها، مع الاحتفاظ بالقوة الميكانيكية التي تجعلها طلاءًا مفيدًا.
[ترجمة د.نحماني موشيه]
توجد البوليمرات المتصلبة بالحرارة (البوليمرات التي لا تذوب بالحرارة)، والتي تشمل الإيبوكسيدات والبولي يوريثان والمطاط المستخدم في صناعة الإطارات، في العديد من المنتجات التي تتطلب ثباتًا كبيرًا ومقاومة للحرارة، مثل المركبات أو الأجهزة الإلكترونية. ومن عيوب هذه المواد تكمن في أنها عادة لا يمكن إعادة تدويرها أو تفريغها بسهولة بعد الاستخدام، حيث أن الروابط الكيميائية في قاعدتها أقوى من تلك الموجودة في المواد الأخرى، مثل المواد البلاستيكية الحرارية. كجزء من دراسة نشرت نتائجها منذ فترة طويلة في مجلة مرموقة الطبيعةأظهر الباحثون أنهم كانوا قادرين على صنع نسخة قابلة للتحلل من البلاستيك الحراري المسمى pDCPD، وتقسيمه إلى شكل مسحوق، واستخدام هذا المسحوق لصنع المزيد من pDCPD. واقترح الباحثون أيضًا نموذجًا نظريًا يصف كيف يمكن تطبيق نهجهم على مجموعة واسعة من المواد البلاستيكية والبوليمرات الأخرى، مثل المطاط. يقول جيريميا جونسون، أستاذ الكيمياء في معهد الأبحاث والمؤلف الرئيسي للدراسة: "تكشف هذه الدراسة عن مبدأ التصميم الأساسي الذي نعتقد أنه قابل للتطبيق على أي نوع من المواد المتصلدة بالحرارة مع هذا النوع من البنية".
المواد المتصلدة بالحرارة هي أحد النوعين الرئيسيين من البلاستيك، إلى جانب المواد البلاستيكية الحرارية. تشمل المواد البلاستيكية الحرارية البولي إيثيلين والبولي بروبيلين والبوليمرات المستخدمة في صناعة الأكياس البلاستيكية وغيرها من المنتجات البلاستيكية ذات الغرض الواحد مثل أغلفة المواد الغذائية. يتم إنتاج هذه المواد عن طريق تسخين كرات صغيرة من البلاستيك حتى تذوب، ثم تشكيلها بالشكل المطلوب وتبريد المنتج الناتج مرة أخرى إلى الحالة الصلبة. يمكن إعادة تدوير المواد البلاستيكية الحرارية، والتي تشكل خمسة وسبعين بالمئة من إجمالي البلاستيك المنتج في العالم، عن طريق إعادة تسخينها حتى تصبح سائلة، وبعد ذلك يمكن إعادة تشكيلها إلى شكل مختلف. يتم إنشاء المواد البلاستيكية الحرارية من خلال عملية مماثلة، ولكن بمجرد تبريدها والانتقال من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة، فمن الصعب جدًا إعادتها إلى الحالة السائلة. وذلك في ضوء أن الروابط الكيميائية التي تربط جزيئات البوليمر هي روابط كيميائية قوية تسمى الروابط التساهمية، والتي يصعب كسرها. عندما يتم تسخين المادة، عادة ما يحترق البوليمر المتصلد بالحرارة قبل أن يتم إعادة تشكيله، كما يوضح الباحث الرئيسي. يوضح الباحث: "منذ لحظة تشكيلها بطريقة محددة، تبقى هذه البوليمرات ثابتة على هذا الشكل طوال مدة وجودها". "عادة لا توجد طريقة بسيطة لإعادة تدويرها". وأراد الباحثون تطوير طريقة قادرة على الحفاظ على خصائص البلاستيك الحراري - قوته وثباته - بينما يمكن تفريغه بسهولة أكبر بعد الاستخدام.
أفاد الباحثون عن إيجاد طريقة لإنشاء بوليمرات حرة لنقل الأدوية، عن طريق إدخال وحدات بناء خاصة، أو مونومرات، تتضمن مجموعة إيثر السيليل في بنيتها. يتم تشتيت هذا المونومر بشكل عشوائي داخل المادة، وعندما يتعرض للأحماض أو القواعد أو الأيونات (الفلورايد)، تتفكك روابط إيثر السيليل. باستخدام هذه الطريقة، أضاف الباحثون مونومرات أساسها إيثر السيليل إلى المواد الأولية السائلة المستخدمة في صنع البوليمر النهائي. ووجد الباحثون أن هذه المونومرات تشكل ما بين 7.5 و10 بالمئة من جميع مكونات المادة، بحيث يظل البوليمر محتفظا بقوته الميكانيكية، وفي الوقت نفسه يمكن إذابته في مسحوق قابل للذوبان بعد تعرضه لأيونات الفلورايد. يقول الباحث الرئيسي: "كانت نتيجة طريقتنا مثيرة بشكل خاص". "لقد تمكنا من تحضير بوليمر غريب دون الإضرار بخصائصه الميكانيكية المفيدة."
وفي المرحلة الثانية من الدراسة، حاول الباحثون إعادة استخدام المسحوق الناتج عن عملية التفريغ من أجل صنع نفس البوليمر الأصلي. ومن خلال إذابة المسحوق الناتج في المحلول الأولي، تمكنوا بالفعل من تكوين البوليمر المطلوب. وقال الباحث: "إن المادة الجديدة التي تم الحصول عليها لها خصائص ميكانيكية لا يمكن تمييزها تقريبًا، بل وفي بعض الأحيان تتحسن، مقارنة بالمادة الأصلية". "إن القدرة على الاستفادة من منتجات التفريغ وإعادة إنتاج نفس البوليمر المتصلد بالحرارة مرارًا وتكرارًا من خلال عملية ثابتة هي اكتشاف رائع." ويعتقد الباحثون أن هذا النهج العام يمكن تطبيقه في مجالات أخرى من كيمياء المواد المتصلدة بالحرارة. إذا أمكن العثور على المونومرات الحرة المناسبة لأنواع أخرى من تفاعلات البلمرة، فيمكن استخدام هذا النهج لتحضير نسخ مجانية من مواد أخرى تصلب بالحرارة مثل الأكريليك أو الإيبوكسيدات أو السيليكون أو المطاط المفلكن، كما يوضح الباحث الرئيسي.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
تعليقات 4
أتمنى أن تكون المسافة كبيرة من البحث العلمي إلى السوق ومن ثم إلى الاستخدام الشامل. الأفضل هو التخفيض من المصدر. لا تستخدم النايلون، وتخلَّ عن الأطباق غير القابلة للتحلل وغير ذلك الكثير.
تقول هذه المقالة بشكل أساسي أن مشكلة إعادة تدوير البلاستيك قد تم حلها تقريبًا ويمكن إعادة تدوير معظم أنواع البلاستيك.
لذلك في الواقع لم يعد البلاستيك هو المسؤول، ومن الأفضل من اليوم كتابة مقالات حول سياسة إعادة التدوير الصحيحة، وسياسة تقليل الاستهلاك بشكل جذري.
مثيرة للاهتمام، شكرا جزيلا لك!
خبر مثير ومتفائل..
إعادة التدوير هي اسم اللعبة في عالمنا الذي يستنزف الموارد.