Исследователи разработали новый химический метод преобразования отработанной резины, в том числе использованных шин, в ценные компоненты для эпоксидных смол.
Исследование, проведённое доктором Александром Жуховицким из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл, представляет собой двухэтапный процесс, включающий аминирование C–H и стратегию перегруппировки полимеров.
Прочная структура каучука, состоящая из сшитых полимеров, полезна для таких изделий, как шины, но делает его переработку крайне сложной. Существующие методы, такие как девулканизация или расщепление полимерной основы, либо ослабляют материал, либо приводят к образованию малоценных побочных продуктов, не обеспечивая жизнеспособного и масштабируемого решения для переработки.
«Ни один из этих подходов не обеспечивает эффективного и масштабируемого решения для повторного использования резиновых отходов», — добавили исследователи в пресс-релизе.
Однако новый метод эффективно расщепляет сложную сшитую структуру каучука на растворимые материалы с аминогруппой.
Расщепление резины на функциональные материалы
В ходе испытаний с использованием отработанной резины процесс достиг полного разрушения всего за шесть часов, превратив отходы в материалы, пригодные для производства эпоксидных смол.
Этот новый метод решает важнейшую экологическую проблему накопления резиновых отходов.
Только в США в 2021 году было выброшено более 274 миллионов шин, значительная часть которых оказалась на свалках.
Традиционные методы переработки, такие как пиролиз, представляют опасность для здоровья и окружающей среды из-за образования вредных побочных продуктов, таких как бензол и диоксины.
«Наше исследование направлено на преодоление этих трудностей путём разработки метода, позволяющего расщеплять резину на функциональные материалы, которые обладают ценностью даже в виде смеси», — сказал доктор Жуховицкий.
Процесс протекает в мягких условиях
Исследователи использовали реагент на основе диимида серы для установки аминогрупп в определенных местах полимерных цепей. Это подготовило почву для перестройки основной цепи, которая расщепляет резину на пригодные для использования материалы.
Процесс протекает в щадящих условиях (95–122 F), что делает его более экологичным и экономичным по сравнению с традиционными методами.
«Эффективность этого метода особенно впечатляет по сравнению с традиционными методами переработки, которые часто требуют экстремальных температур или дорогостоящих катализаторов», — подчеркнула команда исследователей.
Полученные полидиены, модифицированные аминами, можно использовать для создания эпоксидных смол, которые широко применяются в клеях, покрытиях и композитах и обладают прочностью, сравнимой с прочностью коммерческих смол.
«Удивительно, с какой лёгкостью разработанная последовательность простых, но эффективных органических преобразований может разрушить стойкую связь C—C и превратить полибутадиеновые и полиизопреновые каучуки в потенциально ценные эпоксидные смолы», — сказал Максим Ратушный, соавтор исследования.
Более экологичный растворитель для устойчивого развития
Исследование также было посвящено воздействию на окружающую среду и оценке процесса с использованием коэффициента воздействия на окружающую среду (E-фактора). В то время как полный E-фактор, включая использование растворителей, изначально был высоким, простой E-фактор, без учёта растворителей, был значительно ниже, что указывает на потенциал для дальнейшей оптимизации.
В настоящее время команда изучает более экологичные системы растворения для повышения устойчивости.