以溶劑為基礎的工藝有望回收多層塑料

2020-12-02 塑連網絡

多層塑料材料已經在食品和醫療包裝中得到了數千種應用。它們能隔絕光線、氧氣和水分，防止無菌注射器汙染，延長食品的保質期。根據威斯康星大學麥迪遜分校的一份新聞稿，全球每年生產約1億噸多層熱塑性塑料——每層塑料由多達12層不同的聚合物組成。由於沒有辦法分離這些聚合物，幾乎所有的塑料最終都會被填埋或焚燒。威斯康辛大學麥迪遜分校的工程師們開創了一種利用溶劑回收這些材料中聚合物的方法。這項技術被稱為溶劑靶向回收和沉澱（STRAP）處理，其概念證明已發表在2020年11月20日的《科學進步》雜誌上。

在聚合物溶解度熱力學計算的指導下，通過使用一系列溶劑洗滌，威斯康星大學麥迪遜化學和生物工程教授George Huber和Reid Van Lehn及其學生使用STRAP工藝分離由聚乙烯、乙烯-乙烯醇和聚對苯二甲酸乙二醇酯組成的商用塑料中的聚合物。研究人員稱，分離出來的聚合物在化學上與製作原始薄膜的聚合物相似。

該團隊現在希望利用回收的聚合物來製造新的塑料材料，並證明這一過程有助於關閉回收循環。特別是，它可以使多層塑料製造商回收生產和包裝過程中產生的40%的塑料廢料。

「我們已經用一種多層塑料證明了這一點，」Huber說，「我們需要嘗試其他多層塑料，擴大這項技術的規模。」

隨著多層塑料的複雜性增加，確定能作用於每種聚合物的溶劑的難度也隨之增加。這就是為什麼STRAP依賴於Van Lehn使用的一種計算方法，稱為現實溶劑的導體狀篩選模型（COSMO-RS）來指導這個過程。COSMO-RS能夠計算出目標聚合物在不同溫度下在溶劑混合物中的溶解度，縮小了潛在溶劑的數量。使得該團隊可以實驗性地探索候選溶劑。

Van Lehn說：「這使我們能夠處理這些更加複雜的系統，如果你真的要在回收世界中有所作為，這是必要的。」

最終的目標是開發一個計算系統，讓研究人員能夠找到溶劑組合來回收各種多層塑料。該團隊還希望研究其使用的溶劑對環境產生的影響，並建立一個綠色溶劑資料庫，使他們能夠更好地平衡其功效、成本和環境影響。

該項目源於威斯康星大學麥迪遜分校在催化方面的專業知識。幾十年來，該大學的化學和生物工程研究人員開創了溶劑反應的先河，將生物質（如木材或農業廢棄物）轉化為有用的化學物質或燃料前體。這些專業知識大部分也轉化為溶劑型聚合物回收。

該團隊正在通過新成立的由多所大學組成的廢棄塑料化學升級循環中心繼續進行STRAP加工研究，該中心由Huber領導。

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