Blokcopolymeren van etheen en propeen maken puur polyetheen en puur isotactisch polypropeen prima mengbaar. Dat kan de kunststoffenrecycling een enorme boost geven, claimen Cornell-onderzoekers die voor het eerst een bruikbaar recept voor zulke copolymeren hebben bedacht.

Je hebt het hier over een enorme afvalberg. Met respectievelijk 70 en 55 miljoen ton per jaar zijn PE en iPP samen goed voor bijna tweederde van de totale wereldplasticproductie. Maar hoewel ze chemisch sterk op elkaar lijken, zijn PE en iPP niet mengbaar: de thermodynamica staat dat in de weg. Dat betekent dat je je afvalstromen uit elkaar moet zien te houden wanneer je ze op een enigszins hoogwaardige manier wilt hergebruiken.

Het alternatief is dat je zogeheten compatibilizers toevoegt, die met allebei afzonderlijk mengen en zo ook de combinatie mogelijk maken. Maar die zijn duur, en het eindresultaat is nog steeds niet echt hoogwaardig.

Geoffrey Coates en collega’s hebben nu bedacht om als compatibilizer een blokcopolymeer van PE en iPP te gebruiken, dus kunststofketens waarin eindjes PE en eindjes iPP elkaar afwisselen zodat ze ook om en om met PE of iPP mengen.

Probleem was alleen dat, om het optimaal te laten werken, de lengte van die blokken redelijk constant zou moeten zijn en bovendien beheersbaar. Met de gebruikelijke heterogeen gekatalyseerde PE- en iPP-polymerisatieprocessen kun je dat vergeten: die leveren ten eerste een grote spreiding in ketenlengtes op, en ten tweede bieden ze niet de mogelijkheid om tussen etheen en propeen als voeding heen en weer te schakelen.

Wat je nodig hebt is een ‘levende’ polymerisatie met een homogene katalysator die gecontroleerd, en op afroep, de ketens verlengt. In de literatuur kon Coates echter maar één zo’n kat vinden, en die maakte de blokken niet groot genoeg.

In Science schrijft hij nu dat het hierboven afgebeelde pyridylaminohafniumcomplex, dat hij eerder gebruikte om hoogwaardig iPP te maken, ook etheen kan polymeriseren. Hiermee lukt het maken van het gewenste blokcopolymeer dus wél, in verschillende lengtes en met twee of met vier blokken. Omdat ze aan elkaar vast zitten kunnen ze niet ontmengen, hoe graag ze het thermodynamisch gezien ook zouden willen; een van de illustraties in de publicatie suggereert dat ze een gelaagde structuur vormen, maar er zit geen foto bij die het bewijst.

Om de hechting uit te testen goot hij teststrookjes met een laag PE, en laag iPP, en een folie van het blokcopolymeer er tussen als ‘lijm’. Als de bloklengtes groot genoeg waren (denk aan PP₃₆PE₂₀PP₃₄PE₂₄ of PP₇₁PE₁₃₇) lukte het niet de lagen van elkaar te trekken zonder ze te scheuren.

En inderdaad blijk je van een mengsel van 70 % PE en 30 % iPP, dat normaal gesproken te bros is om er iets aan te hebben, een behoorlijk taai en stevig materiaal te kunnen maken door er slechts één procent PP₆₀PE₈₀PP₇₅PE₉₀ doorheen te doen.

bron: Science