Le polyéthylène et le polypropylène représentent les deux tiers des plastiques mondiaux. Mais la popularité des polymères a un inconvénient tout aussi important. Parce qu'ils ont des densités et des propriétés physiques similaires, les polymères sont difficiles – et coûteux – pour se séparer lorsqu'ils sont recyclés mécaniquement ensemble. Les résultats est un matériau faible et dégradé qui n'est vraiment bon pour rien.
Maintenant, les chercheurs de Cornell ont développé une approche bon marché et potentiellement évolutive qui utilise un peroxyde disponible dans le commerce pour lier les polymères, créant ainsi un additif de recyclage en plastique de haute qualité plus utile.
Les résultats ont été publiés dans le Journal de l'American Chemical Society. Les co-auteurs étaient le chercheur postdoctoral Moritz Kränzlein et le doctorant Shilin Cui. Le projet était dirigé par Geoffrey Coates, professeur de chimie et de biologie chimique de l'Université Tisch au College of Arts and Sciences, auteur principal du journal.
D'une certaine manière, le projet est lui-même un produit recyclé. En 2017, Coates 'Lab a travaillé avec des collaborateurs de l'Université du Minnesota pour créer un polymère multibloc qui pourrait combiner des mélanges de polyéthylène et de polypropylène. Le nouveau matériel était une réalisation scientifique importante, selon Coates, mais elle s'est avérée difficile à évoluer. C'était également trop cher pour être pratique.
« Nous avons dû retourner à la planche à dessin et penser au diagramme de Venn de quel matériel fonctionnerait et quelles méthodes synthétiques seraient abordables », a-t-il déclaré. « Pourquoi n'avons-nous pas fait ça en 2017? Croyez-moi, si c'était facile, quelqu'un d'autre l'aurait fait il y a longtemps. »
La clé pour développer leur nouveau compatibilisateur de polyoléfine était de rechercher des polymères existants qui, avec le bon traitement, pouvaient faire le travail, plutôt que d'en créer un nouveau à partir de zéro. Kränzlein a commencé par expérimenter les matériaux qui étaient déjà dans le laboratoire, toujours avec quelques paramètres à l'esprit.
« Chaque deuxième réunion, alors que je donnais à Geoff une mise à jour, sa première question était: » Quel est le coût? » Il y avait toujours cette ligne de prix par livre que je ne devrais pas traverser « , a déclaré Kränzlein. « Nous avons essayé de vraiment garder cela comme un objectif de ce projet. Au lieu de trouver une solution très élégante ou sophistiquée, nous avons essayé de trouver une solution réelle qui fonctionne. »
Un an et demi – et plus de 200 expériences – la folie, les chercheurs se sont installés sur un peroxyde d'alkyle organique qui, lorsqu'il est chauffé, tracent essentiellement des molécules d'hydrogène (IPP) afin qu'ils puissent être greffés ensemble et former un matériau de copolymère, restaurer leurs propriétés.
Le copolymère peut être considéré comme un « savon en plastique », a déclaré Kränzlein.
« Lorsque nous avons des mélanges de plastiques de produits de base comme le HDPE et l'IPP, ceux-ci ne se mélangent pas très bien, et ces phases se séparent les unes des autres, ce qui rend les propriétés matérielles de ces mélanges assez mauvais », a déclaré Kränzlein.
« Ce processus ajoute un troisième composant qui agit comme un savon entre ces deux phases, et que le savon facilite une meilleure miscibilité entre les polymères, et qui restaure les propriétés physiques de ces mélanges, essentiellement.
« Il nous a fallu très, très longtemps jouer avec tous les différents points de réglage », a-t-il dit, « jusqu'à ce que nous atteignions finalement quelque chose dont nous étions satisfaits. »
Pour mieux comprendre les propriétés de leur compatibilisateur et la réaction de greffage, les chercheurs se sont tournés vers Brett Fors, le professeur de chimie physique (A&S) Frank et Robert Laughlin, et l'étudiante doctorale Jenny Hu, qui a mené des études de caractérisation rhéologique à ce sujet.
« Nous avons donc le matériel », a déclaré Coates. « La question est, pouvez-vous maintenant faire des quantités plus importantes? Nous faisons une échelle de grammes à temps. En fin de compte, vous voudriez faire des dizaines de kilogrammes. Nous sommes convaincus que cela va évoluer, mais il y aura beaucoup de travail pour y arriver. »
Coates espère que le compatibilisateur pourrait également conduire à la création de nouveaux alliages de polymère qui exploitent les forces respectives de différents plastiques de déchets. Il n'y aurait pas besoin de plantes géantes d'un million de dollars: prenez simplement des polymères préexistants et ajoutez le compatibilisateur.
« Vous pouvez faire toute une sorte de palette d'alliages qui pourraient avoir de meilleures propriétés que l'un des seuls polymères purs seuls, tout comme en acier inoxydable », a déclaré Coates, qui a récemment lancé une startup spécialisée dans la technologie des compatibilisants par le biais de Cornell's Praxis Center for Venture Development.
« Le rêve est que si vous pouvez faire un polymère vraiment rigide qui est également très difficile, alors vous pouvez faire un emballage qui utilise moins de matériel, mais a le même genre de propriétés. C'est l'une des autres grandes applications pour cette technologie. »
