Пенопласт, используемый в автомобильных сиденьях и матрасах, трудно переработать

Профессор инженерных наук, Университет Клемсона

Доцент-исследователь кафедры автомобильной техники, Университет Клемсона

Шрикант Пилла получает финансирование от Национального научного фонда (премия № 2122822) и Министерства энергетики (премия № DE-SC0021367) для поддержки этой работы.

Джеймс Штернберг получает финансирование от Национального научного фонда (премия № 2122822) и Министерства энергетики (премия № DE-SC0021367) для поддержки этой работы.

Университет Клемсона предоставляет финансирование как член The Conversation US.

Посмотреть всех партнеров

Research Brief — это краткий обзор интересной научной работы.

Наше новое исследование показывает, что новый заменитель пенополиуретана на растительной основе устраняет риск для здоровья, связанный с материалом, который обычно встречается в изоляции, автомобильных сиденьях и других типах амортизации, а также более экологичен.

Пенополиуретан окружает вас повсюду, везде, где необходим легкий материал для амортизации или структурной поддержки. Но обычно они изготавливаются с использованием химикатов, которые предположительно являются канцерогенами.

Полиуретаны обычно производятся в результате очень быстрой реакции между двумя химическими веществами, производимыми нефтехимической промышленностью: полиолами и изоцианатами. Несмотря на то, что была проделана большая работа по поиску замены полиольному компоненту пенополиуретанов, изоцианатный компонент в значительной степени остался, несмотря на его последствия для здоровья человека. Пены на биологической основе позволяют избежать этого компонента.

Мы создали прочную пену на биологической основе, используя лигнин, побочный продукт целлюлозно-бумажной промышленности, и отвердитель на основе растительного масла, который придает конечному материалу гибкость и прочность.

В основе инновации лежит способность создать систему, которая «гелирует» как в том смысле, что материалы совместимы друг с другом, так и в том смысле, что они физически быстро образуют гель, так что добавление пенообразователя может создать легкий вес. структура, связанная с пенополиуретанами.

Лигнин — материал, который сложно превратить в пригодное для использования химическое вещество, учитывая его сложную и гетерогенную структуру. Мы использовали эту структуру для создания сети связей, которая позволила создать, по нашему мнению, первую в мире неизоцианатную пену на основе лигнина.

Пенопласт также можно перерабатывать, поскольку в нем есть связи, которые могут расстегнуть химическую сеть после ее образования. Основные компоненты, используемые для производства пены, затем можно извлечь и использовать снова.

Пенополиуретаны являются шестым по объему производства пластиком в мире, но при этом относятся к наименее перерабатываемым материалам. Они также рассчитаны на долговечность, то есть останутся в окружающей среде на протяжении нескольких поколений.

Они способствуют возникновению проблемы пластиковых отходов в мировых океанах, суше и воздухе, а также проблемам со здоровьем человека. Сегодня пластик можно найти практически у каждого существа в земной экосистеме. А поскольку большая часть пластмасс производится из нефтепродуктов, они связаны с добычей ископаемого топлива, что способствует изменению климата.

Полностью биологическое происхождение наших пенопластов решает проблему углеродной нейтральности, а возможность химической переработки гарантирует, что пластиковые отходы имеют ценность, поэтому вероятность их выбрасывания снижается. Обеспечение ценности отходов является отличительной чертой циклического подхода к производству: придание вещам денежной стоимости имеет тенденцию уменьшать количество выбрасываемых отходов.

Мы надеемся, что природа этих пенопластов вдохновит других на разработку пластмасс с учетом полного жизненного цикла. Точно так же, как пластмассы необходимо проектировать в соответствии со свойствами их первоначального применения, их также необходимо проектировать так, чтобы избежать конечного пункта назначения 90% пластиковых отходов: свалок и окружающей среды.

Наши первоначальные версии пенопластов на биологической основе производят жесткий материал, подходящий для использования в пенопластах, используемых в строительстве, или для изоляции в холодильниках. Мы также создали легкую и гибкую версию, которую можно использовать для амортизации и упаковки. Первоначальные испытания этих материалов показали хорошую долговечность во влажных условиях, что увеличивает их шансы на коммерческое внедрение.