Northwestern University ve BASF araştırmacıları, dünyanın en yaygın plastik türlerinden biri olan poliüretan köpüğün hikâyesini yeniden yazmak üzere iş birliği yapıyor. Yataklardan ayakkabılara kadar günlük ürünlerde kullanılan bu dayanıklı malzeme, daha iyi bir seçenek bulunamadığı için kullanım sonrasında çoğu zaman düzenli depolama sahalarına gönderiliyordu. Ancak daha çevreci katalizörler kullanan çığır açıcı bir köpükten-köpüğe geri dönüşüm sürecinin keşfiyle birlikte, poliüretan köpük artık gelecekte sürekli olarak yeniden değerlendirilebilecek.
Northwestern’ın Judd A. ve Marjorie Weinberg College of Arts and Sciences bünyesinde Robert L. Letsinger Kimya Profesörü olan William Dichtel’e göre, plastik malzemeler döngüsel ekonomi içinde üretildiklerinde sürdürülebilir bir geleceğin parçası olabilir. Dichtel, “Bu keşif, hayatımızın büyük bir parçası olan poliüretanın döngüselliği açısından önemli bir ileri adımdır,” dedi.
Döngüsel ekonomide bir ürünün yaşam döngüsü asla sona ermez; ilk üretim ve kullanım aşamasının ardından malzeme, geri dönüşüm ya da başka yöntemlerle sürekli olarak yeniden değerlendirilerek yeni bir ürün olarak kullanılır. Geleneksel polimer plastik geri dönüşümünde süreç, plastiğin eritilmesi ve yeni bir kullanım için yeniden kalıplanmasını içerir. Ancak bu yöntem, poliüretan köpüğü oluşturan daha karmaşık ve dayanıklı çapraz bağlı polimerlere uygulanamaz; bu malzeme aynı zamanda sprey köpük yalıtımda, araç iç mekânlarında ve birçok giyim ürününde de bulunur.
Bunun yerine Dichtel ve ekibi, mevcut poliüretan köpük ürünlerini geri dönüştürmek ve yeniden şekillendirmek için malzemenin içine toksik olmayan zirkonyum bazlı yeni bir katalizör entegre ederek, yüksek sıcaklıkta yeniden şekillendirilmesini sağlayan bir yöntem geliştirdi; böylece malzeme sonunda yeni bir plastiğe dönüştürülebiliyor. Araştırmacılar ayrıca, şekil değişimi sırasında plastik içinde hapsolan yeni gaz kabarcıkları oluşturan “köpürtücü ajan” adı verilen bir madde ekledi. Bu süreç sayesinde normalde yalnızca bir kez kullanılabilen eski bir poliüretan köpük, geri dönüştürülerek yeni bir köpük parçaya dönüştürülebiliyor. Bu keşfin etkileri küresel ölçekte önem taşıyor. Teknik, tüketici sonrası poliüretan köpük ürünlerine veya kullanılmamış endüstriyel hurda plastiklere uygulanabilir.
Dichtel, “Bu katalizör yaklaşımını gerektiren polimer türlerine termosetler ya da çapraz bağlı polimerler denir,” dedi. Kendisi aynı zamanda Paula M. Trienens Institute for Sustainability and Energy bünyesinde öğretim üyesidir. “Termosetler üstün dayanıklılık ve kararlılıkları nedeniyle önemlidir; ancak bu özellikler geri dönüştürülebilirlikten ödün verilmesine yol açar. Termosetlerin geri dönüştürülmesine yönelik yeni yöntemler sera gazı emisyonlarını azaltacak, enerji tasarrufu sağlayacak ve düzenli depolama alanlarının kullanımını düşürecektir.” Poliüretan köpük, bu tür plastiklerin en yaygın kullanılan örneklerinden biridir. “Birçoğu gaz kabarcıklarını uzun süre tutabilme özelliğine sahiptir. Onları yalıtım malzemesi olarak bu kadar iyi yapan da budur,” dedi.
“Circular Reprocessing of Thermoset Polyurethane Foams” başlıklı çalışma, bu hafta çevrim içi olarak Advanced Materials dergisinde yayımlandı. Dichtel’in laboratuvarında doktora öğrencisi ve BASF’te yaz araştırma stajyeri olan Subeen Kim makalenin birinci yazarıdır. Araştırma, REMADE Institute, National Science Foundation bünyesindeki Center for Sustainable Polymers ve NSF Graduate Research Fellowship Program tarafından desteklendi. ABD Enerji Bakanlığı tarafından kurulan bir kamu-özel sektör ortaklığı olan REMADE Institute’ten sağlanan fon, Northwestern ile BASF arasındaki araştırma iş birliğinin 2021 yılında başlatılmasına yardımcı oldu.
Bu keşif, ekibin daha önce poliüretan köpüğü esasen katı bir plastik ürüne dönüştürmenin yolunu ortaya koyan çalışmalarının üzerine inşa edildi. Bu önemli bir buluş olsa da, şu ana kadar elde edilen sonuç sınırlı uygulama alanına sahipti ve bu yeni çalışmada yanıtlanan soruyu gündeme getirmişti. Northwestern ve BASF, araştırma girişimine laboratuvar içgörülerinden çalışmanın endüstriyel uygulama potansiyeline kadar uzanan benzersiz bakış açıları sunuyor.
Dichtel, “Günlük araştırma çalışmaları azim ve kararlılık gerektirir; çünkü çok nadiren hedefe giden doğrusal bir yol izleyebilirsiniz,” dedi. Ancak çalışmanın “son derece tatmin edici” olduğunu ve işinin en iyi yanlarından birinin böylesine yetenekli öğrenciler ve iş birlikçileriyle birlikte çalışmak olduğunu vurguladı.
(Solda) termoset PU köpüğün geri dönüşümünde ekstrüzyonla köpürtme ve (sağda) köpük enjeksiyon kalıplama süreci / (left) Extrusion foaming and (right) foam injection molding process of thermoset PU foam recycling
Bir sonraki adım olarak Northwestern ekibi, poliüretan köpük geri dönüşüm sürecini geniş ölçekli uygulamalar için optimize etmek ve ölçeklendirmek üzere BASF ile ortaklık yapacak.
