每年，有 350 万吨湿尿布最终进入垃圾填埋场。这些尿布内的超强吸水材料由聚合物基体组成，一旦受潮就会膨胀。聚合物是一长链重复单元，在这种情况下，尿布中的吸收材料是基于聚合物聚丙烯酸。
密歇根大学的一个团队开发了一种技术来解开这些吸收性聚合物，并将它们回收成类似于粘滞便笺和绷带中使用的粘性粘合剂的材料。他们的结果发表在《自然通讯》上。
从广义上讲，回收可分为机械回收和化学回收。
“机械回收是大多数人的想法：你根据它们的特性将不同的塑料分开，将它们切成小块，将它们熔化并重复使用，这会降低产品的质量，”密歇根大学化学家安妮麦克尼尔说，他是该研究的通讯作者。纸。
机械回收会导致材料质量降低，因为不同公司的塑料构造不同：聚合物可以具有不同的链长或使用不同的添加剂和染料进行改变。
“问题太多了，所有东西通常都会被降级回收，最终变成地毯纤维或公园长椅，”麦克尼尔说，他的实验室专注于塑料的化学回收。“化学回收是一种利用化学和化学转化来制造增值材料的想法，或者至少是一种与原始材料一样有价值的材料。”
通常使塑料受欢迎的品质，例如韧性和耐用性，也是导致其难以回收的原因。特别是，聚合物难以分解，因为它们通过稳定的键结合在一起。
化学和大分子科学与工程教授 McNeil 和最近从密歇根大学获得聚合物化学博士学位的Takunda Chazovachii与宝洁公司合作开发了一种三步法，将高吸水性聚合物转化为可重复使用的材料——在在这种情况下，粘合剂。该方法需要节能并且能够在工业规模上部署。
Chazovachii 说：“高吸水性聚合物特别难以回收，因为它们旨在抵抗降解并永久保留水分。”“高吸水性聚合物和粘合剂均源自丙烯酸。这种共同的起源激发了我们的回收理念。”
McNeil 说，超吸水材料中的聚合物看起来像一个松散编织的渔网，除了蜂窝网之外，这些聚合物每 2,000 个单元就有一个交联，这足以形成不溶性网络结构。为了回收这些材料，研究人员需要找到一种方法将网络聚合物脱链成水溶性链。Chazovachii 发现，当这些聚合物在酸或碱的存在下加热时，它们的交联会被破坏。
研究人员还需要确定这些过程在工业规模上是否可行。合作者马德琳萨默斯，在UM格雷厄姆可持续发展研究所助理研究员，和何塞·阿尔法罗，在UM学校环境和可持续发展的研究人员进行的生命周期评估。他们了解到，使用这种酸方法使聚合物去交联，基于二氧化碳释放量，全球变暖潜能值会降低 10 倍，并且所需的能量比使用碱介导的方法少 10 倍。
接下来，研究人员需要缩短材料中聚合物的长链，以生产不同类型的粘合剂。Chazovachii 意识到超声处理——使用微小的爆裂气泡打破聚合物链——可以将链切割成碎片，而不会改变链的化学性质。
“我们真正喜欢这种方法的是，它是一个温和而简单的机械过程，”他说。“它破坏了聚合物，但保留了其结构单元或酸基团，完好无损，因此您实际上可以用它进行其他反应。”
最后，Chazovachii 在化学教授Paul Zimmerman和他的学生Michael Robo 的协助下，将聚合物链上的酸基转化为酯基。这将性质从水溶性变为有机可溶，并且它们变得发粘，就像粘合剂一样。一个额外的好处：该反应中使用的试剂，也用作溶剂，可以回收和再利用。在测试粘合剂特性后，Chazovachii 意识到超声处理不是针对一种类型的粘合剂所必需的，这进一步简化了方法。
最后，研究人员需要证明，在地球上，用回收聚合物开发粘合剂比用石油制造粘合剂更容易——这是典型的路线。将他们的粘合剂路线与传统路线进行比较，作者发现全球变暖潜能值降低了 22%，使用回收尿布的路线能耗降低了 25%。
研究人员表示，他们使用已经干净的尿布，但清洁用过的尿布的公司正在涌现，例如宝洁附属公司 FaterSMART。此外，Chazovachii 说化学回收的条件会杀死任何幸存的细菌。
麦克尼尔说，她希望致力于小分子反应的合成化学家将注意力转向聚合物。
“这只是一篇论文，但我已经将我的大部分研究转向了这个方向，因为我认为这对合成化学家来说是一个真正开放的机会，可以对现实世界的问题产生影响，”麦克尼尔说。“我希望更多人考虑这个问题，因为全球塑料问题如此巨大，化学家可以在重新设想我们如何处理这些废物方面发挥非常重要的作用。”
