Исследователи предложили инновационный химический метод переработки отходов резины, включая использованные автомобильные шины, в ценные прекурсоры для производства эпоксидных смол.
Группа учёных под руководством доктора Александра Жуховицкого из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилле разработала двухэтапный процесс, включающий C–H аминацию и стратегию перестройки полимеров.
Новая методика переработки
Резина обладает прочной, сшитой полимерной структурой, что делает её переработку сложной задачей. Существующие методы, такие как девулканизация или разрушение полимерной цепи, либо ослабляют материал, либо приводят к образованию низкосортных побочных продуктов, что делает их экономически невыгодными и трудно масштабируемыми.
«Ни один из этих подходов не предлагает эффективного и масштабируемого решения для переработки резиновых отходов», — подчеркнули исследователи в пресс-релизе.
Однако новая методика позволяет эффективно разрушать сложную структуру резины, превращая её в растворимые амин-функционализированные материалы.
Эффективное разложение резины
Эксперименты с использованной резиной показали, что метод обеспечивает полное разложение материала всего за шесть часов, превращая его в сырьё для производства эпоксидных смол.
Этот процесс решает важную экологическую проблему накопления резиновых отходов. Только в США в 2021 году было утилизировано более 274 миллионов автомобильных шин, значительная часть которых попала на свалки.
Традиционные методы переработки, такие как пиролиз, представляют экологическую и медицинскую угрозу, поскольку сопровождаются образованием вредных побочных продуктов, включая бензол и диоксины.
«Наше исследование направлено на преодоление этих проблем за счёт разработки метода, позволяющего преобразовывать резину в функциональные материалы, обладающие ценностью даже в виде смеси», — отметил доктор Жуховицкий.
Экологичность и эффективность процесса
Учёные применили реагент на основе серы и имида для внедрения аминогрупп в определённые участки полимерных цепей. Это позволило провести перестройку полимерного скелета и разложить резину на полезные компоненты.
Процесс осуществляется при умеренных температурах (от 35 до 50°C), что делает его более экологичным и экономически выгодным по сравнению с традиционными методами, требующими высоких температур или дорогостоящих катализаторов.
Полученные амин-модифицированные полидиены могут использоваться в производстве эпоксидных смол, широко применяемых в клеях, покрытиях и композитах, при этом их прочность сопоставима с коммерческими аналогами.
«Удивительно, как простая, но мощная последовательность органических превращений способна разорвать прочные связи C—C и превратить резину на основе полибутадиена и полиизопрена в потенциально ценные эпоксидные смолы», — прокомментировал соавтор исследования Максим Ратушный.
Поиск устойчивых решений
В ходе исследования учёные также оценили экологический фактор (E-factor) процесса. Хотя общий показатель, включающий использование растворителей, был высоким, его упрощённая версия (без учёта растворителей) показала значительно меньший уровень воздействия, что открывает возможности для дальнейшей оптимизации.
Команда исследователей продолжает работу над поиском более экологичных растворителей, чтобы повысить устойчивость метода.
