Как можно сконструировать пластмассы таким образом, чтобы они сохраняли свои желаемые свойства, но в то же время могли быть более эффективно переработаны? Этот и другие вопросы, касающиеся экологичности пластмасс, находятся в центре внимания химика Стефана Мекинга и его исследовательской группы в Университете Констанца.

В своей последней статье в международном издании Angewandte Chemie команда представляет новый полиэстер, который обладает свойствами материала, привлекательными для промышленности и при этом безвредными для окружающей среды.

Пластмассы изготавливаются из длинных цепочек одного или нескольких химических базовых модулей, так называемых мономеров. Широко используются пластмассы, отличающиеся высокой кристалличностью и водоотталкивающими свойствами, которые поэтому обладают высокой механической эластичностью и стабильностью. Хорошо известным примером является полиэтилен высокой плотности (HDPE), основные модули которого состоят из неполярных молекул углеводородов.

То, что, с одной стороны, может быть выгодными свойствами для применения, может также иметь отрицательные последствия: переработка таких пластмасс и восстановление базовых модулей является очень энергоемкой и неэффективной. Кроме того, если такие пластмассы попадают в окружающую среду, процесс разложения чрезвычайно длительный.

Чтобы преодолеть эту предполагаемую несовместимость между стабильностью и способностью к биологическому разложению пластмасс, Мекинг и его команда ввели химические "точки разрыва" в свои материалы. Они уже показали, что это значительно улучшает возможность вторичной переработки полиэтиленоподобных пластмасс. Однако хорошая способность к биологическому разложению не гарантируется автоматически.

"Пластмассы часто приобретают высокую упругость, потому что они упорядочены в плотно упакованных кристаллических структурах", - объясняет Мекинг. "Кристалличность в сочетании с водоотталкивающими свойствами обычно сильно замедляет процесс биодеградации, поскольку это затрудняет доступ микроорганизмов к точкам разрушения". Однако это не относится к новому пластику исследователей.

Новый пластик, полиэстер-2,18, состоит из двух основных модулей: короткого диольного блока с двумя атомами углерода и дикарбоновой кислоты с 18 атомами углерода. Оба модуля могут быть легко получены из устойчивых источников. Например, исходный материал для получения дикарбоновой кислоты, которая является основным компонентом пластика, поступает из возобновляемого источника.

Свойства полиэстера напоминают свойства HDPE: например, благодаря своей кристаллической структуре он обладает как механической стабильностью, так и термостойкостью. В то же время первые эксперименты по вторичной переработке показали, что при сравнительно мягких условиях основные модули этого материала могут быть восстановлены.

Новый пластик обладает и другим, совершенно неожиданным свойством: несмотря на свою высокую кристалличность, он поддается биологическому разложению, как показали лабораторные эксперименты с природными ферментами и испытания на промышленной установке по компостированию. В течение нескольких дней в ходе лабораторного эксперимента полиэфир разлагался ферментами. Микроорганизмам завода по производству компоста потребовалось около двух месяцев, так что этот пластик даже соответствует стандартам ISO по компостированию.

"Мы тоже были поражены такой быстрой деградацией", - говорит Мекинг. "Конечно, мы не можем перенести результаты работы установки по компостированию один к одному в любые мыслимые условия окружающей среды. Но они подтверждают, что этот материал действительно поддается биологическому разложению, и указывают на то, что он гораздо менее стойкий, чем пластмассы, такие как HDPE, если он непреднамеренно попадет в окружающую среду ".

В настоящее время необходимо дополнительно изучить как возможность вторичной переработки этого полиэфира, так и его способность к биологическому разложению в различных условиях окружающей среды. Мекинг видит возможные области применения этого нового материала, например, в 3D-печати или в производстве упаковочной фольги. Кроме того, существуют дополнительные области, представляющие интерес, в которых желательно сочетать кристалличность с возможностью вторичной переработки и деградацией истертых частиц или аналогичной потерей материала.