Konstanz Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, son derece kararlı, biyolojik olarak parçalanabilen ve kolayca geri dönüştürülebilen yeni bir plastik geliştirdiler.
Plastikler, özelliklerini koruyacak şekilde nasıl tasarlanabilir? yararlı özellikler ve aynı zamanda daha kolay geri dönüştürülebilirlik? Kimyager Stefan Mecking ve Konstanz Üniversitesi’ndeki araştırma grubu, plastikler için çevre dostu çözümler üzerinde çalışmaya odaklanmış durumda. Ekip, Angewandte Chemie’nin uluslararası baskısındaki son makalelerinde, endüstriyel kullanıma uygun ve çevreye duyarlı malzeme özellikleri sergileyen yeni bir polyesteri tanıtıyor.
Normalde pek uyumlu değil
Plastikler yapılır monomer adı verilen bir veya daha fazla kimyasal temel modülün uzun zincirlerinden oluşur. Yüksek kristallik ve su iticiliği ile ayırt edilen, bu nedenle mekanik olarak oldukça esnek ve kararlı olan plastikler yaygın olarak kullanılmaktadır. İyi bilinen bir örnek, temel modülleri polar olmayan hidrokarbon moleküllerinden oluşan yüksek yoğunluklu polietilendir (HDPE). Bir yandan uygulamalar için avantajlı olan özelliklerin olumsuz etkileri de olabilir: Bu tür plastikleri geri dönüştürmek ve temel modülleri geri kazanmak çok enerji yoğun ve verimsizdir. Ayrıca, bu tür plastikler çevreye sızarsa bozunma süreci son derece uzundur.
Plastiklerin kararlılığı ile biyolojik olarak parçalanabilirliği arasındaki sözde uyumsuzluğun üstesinden gelmek için Mecking ve ekibi, malzemelerine kimyasal “kırılma noktaları” yerleştirir. Bunun, polietilen benzeri plastiklerin geri dönüştürülebilirliğini büyük ölçüde iyileştirdiğini zaten göstermişlerdi. Ancak, iyi bir biyobozunurluk otomatik olarak garanti edilmez. Mecking, “Plastikler, yoğun bir şekilde paketlenmiş kristal yapılar halinde sıralandıklarından genellikle yüksek esneklik kazanırlar,” diye açıklıyor: “Su iticilikle birlikte kristallik, mikroorganizmaların kırılma noktalarına erişimini engellediği için genellikle biyolojik bozunma sürecini güçlü bir şekilde yavaşlatır.” Ancak bu, araştırmacıların yeni plastiği için geçerli değil.
Kristal ve kompostlanabilir
Yeni plastik, polyester-2,18, iki temel modülden oluşur: iki karbon atomu ve 18 karbon atomlu bir dikarboksilik asit. Her iki modül de sürdürülebilir kaynaklardan kolayca elde edilebilir. Örneğin, plastiğin ana bileşeni olan dikarboksilik asidin başlangıç maddesi yenilenebilir bir kaynaktan geliyor. Polyesterin özellikleri HDPE’ninkine benzer: örneğin kristal yapısı nedeniyle hem mekanik kararlılık hem de sıcaklık direnci sergiler. Aynı zamanda, geri dönüştürülebilirlik için yapılan ilk deneyler, nispeten yumuşak koşullar altında bu malzemenin temel modüllerinin geri kazanılabileceğini gösterdi.
Yeni plastiğin oldukça beklenmedik başka bir özelliği daha var: yüksek kristalliğine rağmen doğal enzimlerle yapılan laboratuvar deneyleri ve endüstriyel kompostlama tesisindeki testlerin gösterdiği gibi biyolojik olarak parçalanabilir. Birkaç gün içinde, bir laboratuvar deneyinde, polyester enzimler tarafından parçalandı. Kompostlama tesisinin mikroorganizmaları yaklaşık iki ay sürdü, dolayısıyla bu plastik ISO kompostlama standartlarını bile karşılıyor. Mecking, “Biz de bu hızlı bozulma karşısında hayrete düştük” diyor ve ekliyor: “Tabii ki kompostlama tesisinin sonuçlarını akla gelebilecek herhangi bir çevresel koşula birebir aktaramayız. Ancak, bu malzemenin gerçekten biyolojik olarak parçalanabilir olduğunu doğruluyorlar ve istemeden çevreye salınması durumunda HDPE gibi plastiklerden çok daha az kalıcı olduğunu belirtiyorlar.”
Hem bu polyesterin geri dönüştürülebilirliği hem de biyolojik olarak bozunabilirliği değişken çevre koşulları şimdi daha fazla incelenecektir. Mecking, bu yeni malzeme için olası uygulamaları görüyor, örn. 3D baskıda veya ambalaj folyolarının üretiminde. Ayrıca, kristalliği geri dönüştürülebilirlik ve aşınmış parçacıkların bozunması veya benzer malzeme kaybıyla birleştirmenin istendiği başka ilgi alanları da vardır.
Referans: “Biyobozunur Yüksek Yoğunluklu Polietilen Benzeri Malzeme” Marcel Eck, Simon Timm Schwab, Taylor Frederick Nelson, Katrin Wurst, Steffen Iberl, David Schleheck, Christoph Link, Glauco Battagliarin ve Stefan Mecking, 8 Aralık 2022, Angewandte Chemie.
DOI: 10.1002/ange.202213438