Recikliranje plastike – kemijom minivala

Nakon cirkularne ekonomije evo i cirkularne plastike – umjetnih polimera koji se mogu depolimerizirati. Kako? Kemijskom reakcijom kojom se služe frizeri za kovrčanje kose.

Nenad Raos subota, 18. lipnja 2022. u 06:00

Nedavno je jedna televizijska emisija, slikom i rječju, pokazala najširoj javnosti što se na kraju događa s onim silnim plastičnim otpadom što ga s tolikim marom odvajamo i s tolikim žarom sakupljamo: završava kao žar – nestaje u vatri. Tek se maleni dio plastike može reciklirati. No i to što se reciklira, loše se reciklira, jer se polietilenske i polipropilenske boce ne mogu pretaljivati u beskraj. Ukratko: u Europi se recilikra samo 15 posto plastike, u SAD još manje – 9 posto.

Razlog tome leži dakako u kemiji, u kemijskim procesima polimerizacije. Većina polimera koje koristimo (PVC, polietilen, polistiren) su vinilni polimeri. Oni nastaju uspostavljanjem veza tipa C-C među monomernim jedinicama, a takvu vezu, jednostruku vezu ugljikovih atoma, „nemoguće“ je razbiti. To je naime upravo ona veza koju nalazimo u zasićenim ugljikovodicima, alkanima, kemijskim spojvima koje su se nekoć, zbog kemijske postojanosti, zvali parafinima (od lat. parum = nedovoljno + affinis = afinitet). „Nemoguće“ znači upravo to, „nemoguće“: vezu C-C je moguće razbiti, ali tek djelovanjem tako jakog kemijskog agensa kao što je vatra. Nema načina da se od vinilnog polimera dobije monomer.

No rješenje problema je na pomolu, ako već ne u ruci. Ono se zove polidisulfid. Što se iza toga krije? Krije se kemijski proces kovrčanja kose, minivala ili trajne ondulacije – u članku kineskih znanstvenika „Dual closed-loop chemical recycling of synthetic polymers by intrinsically reconfigurable poly(disulfides)“ objavljenom u časopisu Matter.

Da budem konkretniji, iza termina „poli(disulfides)“ kriju se polimeri tiooktanske kiseline, TA. U molekuli te kiseline, monomeru, nalazi se disulfidna veza, S-S, ista veza koja u molekuli polimera povezuje monomerne jedinice. Polimerizacija i depolimerizacija na kraju se svode na to da se prekinu jedne i uspostave druge kemijske veze iste vrste, S-S. Nemoguće?

Ne, nije nemoguće zahvaljujući kemijskoj logici i praksi kemijskog laboratorija. Veza S-S u molekuli monomera, jer se nalaze u peteročlanom prstenu, slabija je od one koja se nalazi u lančanoj molekuli (molekuli polimera), pa će do polimerizacije doći pri dovoljno visokoj koncentraciji monomera. Tome treba dodati da do pucanja i ponovnog uspostavljanja disulfidne veze dolazi pri zaluživanju. I to bi bilo sve – što se tiče teorije.

Praksa je međutim drugo pitanje. Ovdje je riječ o kemijskim reakcijama koje idu u oba smjera, o povratnim reakcijama, a u smjeru koje strelice će reakcija teći ovisi o uvjetima, prije svega o koncentraciji reaktanata. To se pokazalo i u ovom slučaju: dobar se rezultat dobiva samo s natrijevom lužinom koncentracije 0,5 mol/l (20 g/l ili w ≈ 2 %). Pri toj se koncentraciji lužine može regenerirati 86 % monomera. Postupak traje 70 minuta, pri sobnoj temperaturi. Ako se pak otopina zagrije na 60 oC, tehnološki se postupak skraćuje na 20 minuta. Što je od toga dvoga isplativije, je li jeftinije trošiti vrijeme ili energiju (toplinu), to ostaje za razmišljanje budućim korisnicima ove tehnologije.

Polimeri tiooktanske kiseline, poli(TA), su elastomeri, umjetne gume. Polimerne lance povezuju ioni teških metala (Fe3+, Cu2+, Zn2+), no i ti ioni reagiraju s hidroksidnim ionima dajući netopljive taloge, koje je lako odvojiti filtracijom. Nakon toga treba otopinu monomera zakiseliti kako bi nastao još jedan talog – ovaj put bijeli talog tiooktanske kiseline. I to bi bilo sve – da nije spominjanja minivala i trajne ondulacije.

Upravo sam pročitao Dickensov nedovršeni roman The Mystery of Edwin Drood, za koji nitko – ni nakon 150 godina! – nije mogao iznijeti ni valjanju pretpostavku o tome što se je moglo dogoditi s glavnim junakom koji je netragom nestao u sredini romana. Ovdje srećom nije riječ o takvoj ni o bilo kakvoj drugoj „misteriji“, nego o jednostavnoj kemiji. Molekule keratina, proteina koji izgrađuje dlaku, povezane su disulfidnim vezama. Frizer prvo namaže kosu kemikalijom koja izaziva pucanje tih veza, točnije redukciju S-S u S-H. Molekule keratina više se ne drže tako čvrsto, pa kosa postaje podatna, plastična. Kada se potom oblikuje na kalupu, primjenjuje se drugi postupak kojim se ponovno uspostavljaju disulfidne veze (2SH → S-S + 2H+ + 2e-), no između drugih molekula keratina.

Nenad Raos je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, sada u mirovini. Autor je i koautor više od stotinu znanstvenih i stručnih radova iz područja bioanorganske i teorijske kemije, molekularnog modeliranja te povijesti kemije i komunikacijskih vještina u znanosti. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Sada piše za Čovjek i svemir te, naravno, Bug online. Sedam je godina bio glavni i tehnički urednik časopisa Priroda, a danas je glavni urednik mrežnih stranica Panopticum. Koautor je dva sveučilišna udžbenika i autor 13 znanstveno-popularnih knjiga. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.

📢 5 godina jamstva

TOP!

KINGSTON

PC memorija, vanjski SSD te USB memorija prepoznate kvalitete po vrhunskim cijenama.

Od 39 kn Kupi


2-smjerni kompaktni zvučnik

FOCAL Super Bird

Zidna montaža (okomito i vertikalno), mogućnost podnog stalka, ABS kučište, 55Hz – 25kHz, 8 ohma, 15 - 150W, 90dB.

1.599 kn 1.999 kn Kupi

3-smjerni stereo zvučnici

ACOUSTIC ENERGY AE320

28 mm aluminijski visokotonac, izvrsne karakteristike disperzije zahvaljujući tehnologiji široke disperzije, 35Hz - 30kHz, 90dB, 8ohma.

12.799 kn Kupi