Recycling von zuvor nicht recycelbarem Polyvinylchlorid

PVC oder Polyvinylchlorid ist einer der am meisten produzierten Kunststoffe in den Vereinigten Staaten und der dritthöchste in der Welt.

PVC macht eine große Menge an Kunststoffen aus, die wir täglich verwenden. Ein Großteil des Kunststoffs, der in Krankenhausgeräten verwendet wird – Schläuche, Blutbeutel, Masken und mehr – ist PVC, ebenso wie die meisten Rohrleitungen, die in modernen Rohrleitungen verwendet werden. Fensterrahmen, Gehäuseverkleidungen, Verkleidungen und Fußböden sind aus PVC hergestellt oder enthalten PVC. Es umhüllt elektrische Leitungen und umfasst Materialien wie Duschvorhänge, Zelte, Planen und Kleidung.

Es hat auch eine Recyclingquote von null Prozent in den Vereinigten Staaten.

Jetzt haben Forscher der University of Michigan unter der Leitung der Erstautorin der Studie, Danielle Fagnani, und der Hauptforscherin, Anne McNeil, einen Weg entdeckt, PVC chemisch zu brauchbarem Material zu recyceln. Der zufälligste Teil des Studiums? Die Forscher fanden einen Weg, die Phthalate in den Weichmachern – eine der schädlichsten Komponenten von PVC – als Vermittler für die chemische Reaktion zu verwenden. Ihre Ergebnisse werden in der Zeitschrift veröffentlicht Naturchemie.

„PVC ist die Art von Kunststoff, mit der sich niemand befassen möchte, weil es seine eigenen einzigartigen Probleme hat“, sagte Fagnani, der die Arbeit als Postdoktorand in der UM-Abteilung für Chemie abgeschlossen hat. „PVC enthält normalerweise viele Weichmacher, die alles im Recyclingstrom verunreinigen und normalerweise sehr giftig sind. Außerdem setzt es bei etwas Hitze sehr schnell Salzsäure frei.“

Kunststoff wird normalerweise recycelt, indem er eingeschmolzen und in einem Prozess, der als mechanisches Recycling bezeichnet wird, in Materialien mit geringerer Qualität umgewandelt wird. Aber wenn Hitze auf PVC angewendet wird, wird einer seiner Hauptbestandteile, die sogenannten Weichmacher, sehr leicht aus dem Material ausgelaugt, sagt McNeil.

Sie können dann im Recyclingstrom in andere Kunststoffe schlüpfen. Außerdem löst sich Salzsäure bei Hitze leicht aus PVC. Es könnte die Recyclinganlage korrodieren und chemische Verbrennungen an Haut und Augen verursachen – nicht ideal für Arbeiter in einer Recyclinganlage.

Darüber hinaus sind Phthalate – ein üblicher Weichmacher – hochgiftige endokrine Disruptoren, was bedeutet, dass sie das Schilddrüsenhormon, Wachstumshormone und Hormone, die an der Fortpflanzung von Säugetieren, einschließlich Menschen, beteiligt sind, stören können.

Um also einen Weg zu finden, PVC zu recyceln, der keine Wärme benötigt, begann Fagnani mit der Erforschung der Elektrochemie. Unterwegs entdeckten sie und das Team, dass der Weichmacher, der eine der größten Recyclingschwierigkeiten darstellt, in der Methode zum Abbau von PVC verwendet werden könnte. Tatsächlich verbessert der Weichmacher die Effizienz des Verfahrens, und das elektrochemische Verfahren löst das Problem mit Salzsäure.

„Was wir herausgefunden haben, ist, dass es immer noch Salzsäure freisetzt, aber viel langsamer und kontrollierter“, sagte Fagnani.

PVC ist ein Polymer mit einem Kohlenwasserstoffrückgrat, sagt Fagnani, das aus einzelnen Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen besteht. An jede andere Kohlenstoffgruppe ist eine Chlorgruppe gebunden. Unter Hitzeaktivierung platzt Salzsäure schnell ab, was zu einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung entlang der Hauptkette des Polymers führt.

Aber das Forschungsteam nutzt stattdessen die Elektrochemie, um ein Elektron in das System einzuführen, wodurch das System eine negative Ladung erhält. Dies bricht die Kohlenstoff-Chlorid-Bindung und führt zu einem negativ geladenen Chloridion. Da die Forscher Elektrochemie verwenden, können sie die Geschwindigkeit messen, mit der Elektronen in das System eingeführt werden – was steuert, wie schnell Salzsäure produziert wird.

Die Säure kann dann von der Industrie als Reagenz für andere chemische Reaktionen verwendet werden. Die Chloridionen können auch verwendet werden, um kleine Moleküle, sogenannte Arene, zu chlorieren. Diese Arene können in pharmazeutischen und landwirtschaftlichen Komponenten verwendet werden. Vom Polymer ist Material übrig geblieben, für das die Gruppe laut McNeil noch nach einer Verwendung sucht. Laut Fagnani zeigt die Studie, wie Wissenschaftler darüber nachdenken könnten, andere schwierige Materialien chemisch zu recyceln.

„Lassen Sie uns mit den Additiven in Kunststoffformulierungen strategisch vorgehen. Denken wir aus der Perspektive der Additive über die Verwendung und das Ende der Verwendung“, sagte Fagnani, der jetzt Forschungswissenschaftler bei Ashland ist, einem Unternehmen, das sich auf konzentriert Herstellung biologisch abbaubarer Spezialzusätze für Konsumgüter wie Waschmittel, Sonnenschutzmittel und Shampoos. „Aktuelle Gruppenmitglieder versuchen, die Effizienz dieses Prozesses noch weiter zu verbessern.“

Der Schwerpunkt von McNeils Labor lag auf der Entwicklung von Möglichkeiten, verschiedene Arten von Kunststoffen chemisch zu recyceln. Durch das Zerlegen von Kunststoffen in ihre Bestandteile könnten nicht abgebaute Materialien entstehen, die die Industrie wieder in die Produktion integrieren kann.

„Es ist ein Versagen der Menschheit, diese erstaunlichen Materialien geschaffen zu haben, die unser Leben in vielerlei Hinsicht verbessert haben, aber gleichzeitig so kurzsichtig zu sein, dass wir nicht darüber nachgedacht haben, was wir mit dem Abfall machen sollen“, sagte McNeil.

„In den Vereinigten Staaten stecken wir immer noch bei einer Recyclingrate von 9 % fest, und es sind nur wenige Arten von Kunststoffen. Und selbst für die Kunststoffe, die wir recyceln, führt dies zu Polymeren von immer geringerer Qualität. Unsere Getränkeflaschen werden nie wieder Getränkeflaschen. Sie werden zu einem Textil oder einer Parkbank, die dann auf der Mülldeponie landet.“