Solvant

Clare Goldsberry | 30 novembre 2020

Les matériaux plastiques multicouches ont trouvé leur place dans des milliers d’applications dans les emballages alimentaires et médicaux. Ils empêchent la lumière, l’oxygène et l’humidité d’entrer, empêchant ainsi les seringues stériles de s’encrasser et prolongeant la durée de conservation des aliments. Selon un communiqué de presse de l'Université du Wisconsin-Madison (UW-Madison), environ 100 millions de tonnes de thermoplastiques multicouches, chacun composé de 12 couches de polymères variés, sont produites chaque année dans le monde. Comme il n’existe aucun moyen de séparer les polymères, presque tout ce plastique finit dans les décharges ou les incinérateurs. Les ingénieurs de l'UW-Madison ont mis au point une méthode permettant de récupérer les polymères de ces matériaux au moyen de solvants. La technique est appelée traitement de récupération et de précipitation ciblés par solvant (STRAP), et une preuve de concept a été publiée dans la revue du 20 novembre 2020, Science Advances.

En utilisant une série de lavages de solvants guidés par des calculs thermodynamiques de solubilité des polymères, les professeurs de génie chimique et biologique de l'UW-Madison, George Huber et Reid Van Lehn, et leurs étudiants ont utilisé le procédé STRAP pour séparer les polymères dans un plastique commercial composé de polyéthylène, d'éthylène-vinyle. alcool et polyéthylène téréphtalate. Les polymères séparés semblent chimiquement similaires à ceux utilisés pour fabriquer le film original, selon les chercheurs.

L’équipe espère désormais utiliser les polymères récupérés pour créer de nouveaux matériaux plastiques et démontrer que le processus peut contribuer à boucler la boucle du recyclage. Cela pourrait notamment permettre aux fabricants de plastiques multicouches de récupérer les 40 % de déchets plastiques produits lors des processus de production et d’emballage.

"Nous l'avons démontré avec un plastique multicouche", a déclaré Huber. "Nous devons essayer d'autres plastiques multicouches et faire évoluer cette technologie."

À mesure que la complexité des plastiques multicouches augmente, la difficulté d’identifier les solvants pouvant agir sur chaque polymère augmente également. C'est pourquoi STRAP s'appuie sur une approche informatique utilisée par Van Lehn, appelée Conductor-like Screening Model for Realistic Solvents (COSMO-RS), pour guider le processus. COSMO-RS est capable de calculer la solubilité des polymères cibles dans des mélanges de solvants à différentes températures, réduisant ainsi le nombre de solvants potentiels. L’équipe peut ensuite explorer expérimentalement les solvants candidats.

"Cela nous permet de nous attaquer à ces systèmes beaucoup plus complexes, ce qui est nécessaire si nous voulons réellement faire une brèche dans le monde du recyclage", a déclaré Van Lehn.

L’objectif à terme est de développer un système informatique qui permettra aux chercheurs de trouver des combinaisons de solvants pour recycler toutes sortes de plastiques multicouches. L'équipe espère également examiner l'impact environnemental des solvants qu'elle utilise et établir une base de données de solvants verts qui leur permettra de mieux équilibrer leur efficacité, leur coût et leur impact environnemental.

Le projet découle de l'expertise de l'UW-Madison en catalyse. Depuis des décennies, les chercheurs en génie chimique et biologique de l'université ont été les premiers à mettre au point des réactions à base de solvants pour convertir la biomasse, comme le bois ou les déchets agricoles, en produits chimiques utiles ou en précurseurs de carburant. Une grande partie de cette expertise se traduit également par le recyclage des polymères à base de solvants.

L’équipe poursuit ses recherches sur le traitement STRAP par le biais du nouveau Centre multi-universitaire sur le recyclage chimique des déchets plastiques, dirigé par Huber. Huber siège également au conseil d'administration d'une société qu'il a cofondée avec David Sudolsky, Anellotech, où Sudolsky est président et chef de la direction. La proposition de valeur d'Anellotech consiste à transformer le PE et le PP en PET pour aider les propriétaires de marques à respecter leur teneur en PET recyclé.

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