Междисциплинарная группа ученых под руководством Эрика Муньянеза Нувайо с кафедры химии Технологического института Вирджинии продемонстрировала метод вторичной переработки ПВХ в смазочные материалы. Результаты работы опубликованы в журнале Nature.
В основе технологии — целенаправленное преобразование структуры ПВХ: ученые удалили атомы хлора из полимерной цепи и заменили их алкильными цепочками. Для этого порошкообразные отходы ПВХ (полученные из труб, перчаток, кредитных карт, игрушек и других изделий) смешивали с трихлоридом алюминия (AlCl3) при температуре 70 °C. Такой подход позволил эффективно удалить хлор, сохранив углеводородную основу материала.
«Мы функционализировали каркас с помощью α-олефина, формируя разветвленные структуры, которые полезны для смазки. Разветвленность структуры и длина ответвлений в значительной степени определяют характеристики конечного продукта. Я с нетерпением жду возможности лицензировать эту технологию, чтобы мы могли ее масштабировать»
комментирует Голян Лю, инженер-химик из Virginia Tech и ведущий автор исследования.
В результате получается поли-α-олефин на основе винила (vPαO), который после гидрирования для устранения оставшихся ненасыщенных связей превращается в высококачественную смазку. Полученный материал vPαO обладает регулируемыми свойствами в зависимости от того, в каком месте происходит разрыв цепи в основной цепи ПВХ.
«Эта работа также открывает возможности для модификации полимеров, например замены хлора на другие функциональные группы, и открывает новые направления для исследований в области химии, над которыми мы можем работать, включая нестандартный подход к вопросу о том, как можно использовать углерод в качестве сырья для производства других химических веществ и материалов»
добавляет Голян Лю.
Вместо того чтобы считать высокое содержание хлора в ПВХ недостатком, авторы используют связи углерод-хлор в качестве реакционноспособных центров для получения базовых масел для смазочных материалов на основе PαO при относительно низких температурах. Этому способствует высокая эффективность дехлорирования в сочетании с благоприятными показателями вязкости, трения и износостойкости.
Более того, возможность производить продукцию с более высокой стоимостью может создать более сильные стимулы для вторичной переработки ПВХ по сравнению с обычным вторичным использованием. Дальнейшая работа, включая непрерывную эксплуатацию в пилотном масштабе и оценку жизненного цикла, будет иметь важное значение для определения ее коммерческой и экологической конкурентоспособности.
В статье приводится технико-экономический анализ, который показывает, что данный подход может стать весьма привлекательным способом вторичной переработки ПВХ для производства смазочных материалов. В настоящее время первичный ПВХ продается по цене около $870 за тонну, в зависимости от местоположения, в то время как PαO — по цене от $3000 до $6000 за тонну.
