Onderzoekers in Japan hebben een nieuw type biobased plastic ontwikkeld dat op treksterkte en rekbaarheid beter presteert dan polyethyleen en polypropyleen, twee van de meest gebruikte kunststoffen ter wereld. Het materiaal is gemaakt van niet-eetbare plantaardige oliën, aminozuren en suikers, en is bovendien chemisch te recyclen. De bevindingen zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift JACS Au.
Het onderzoek is uitgevoerd door de onderzoeksgroep van hoogleraar Kotohiro Nomura van de Tokyo Metropolitan University, in samenwerking met het Osaka Research Institute of Industrial Science and Technology en de University of Shiga Prefecture. De groep ontwikkelde zogeheten biobased poly(ester amide)s: polymeren die zowel estergroepen als amidegroepen bevatten en zijn opgebouwd uit hernieuwbare, niet-voedselconcurrerende grondstoffen.
Sterker dan gangbare kunststoffen, toch terug te winnen
Het produceren van biobased kunststoffen die tegelijk goed chemisch te recyclen zijn en mechanisch kunnen concurreren met bestaande commodityplastics, blijkt in de praktijk lastig. Materialen die eenvoudig terug te brengen zijn tot hun bouwstenen, hebben doorgaans een lagere treksterkte dan polyethyleen of polypropyleen. Het Japanse team omzeilde dat probleem met een polymerisatiemethode op basis van katalytische olefinmetathese, waarmee polymeren met een hoog molecuulgewicht ontstaan. In filmvorm blijken deze materialen zowel de treksterkte als de rek bij breuk van PE- en PP-folies te overtreffen.
De chemische structuur maakt het materiaal daarnaast weer afbreekbaar tot de oorspronkelijke bouwstenen. Via transesterificatie, een reactie met alcohol, laten de polymeren zich ontleden tot de monomeren waaruit ze zijn opgebouwd. Dat maakt een vorm van chemisch recyclen mogelijk die verder gaat dan het gangbare mechanisch recyclen, waarbij de kwaliteit van het materiaal doorgaans terugloopt.
Opvallend is een variant van het polymeer waarin het aminozuur fenylalanine is verwerkt. Dit type vertoont bij kamertemperatuur een snel zelfherstellend vermogen: beschadigingen in het materiaal herstellen zichzelf zonder dat daar hitte of extra behandeling voor nodig is.
Vroeg stadium, wel relevant voor circulaire ambities
De onderzoekers plaatsen het werk in de bredere zoektocht naar biobased polymeren die daadwerkelijk kunnen concurreren met fossiele kunststoffen, niet alleen op duurzaamheid maar ook op mechanische eigenschappen. Commodityplastics als PE en PP zijn wijdverspreid mede doordat ze goedkoop en sterk zijn. Een biobased alternatief dat op beide punten evenaart of overtreft, en dat bovendien chemisch recyclebaar is, sluit aan bij de doelstellingen van een circulaire kunststoffenketen.
Het onderzoek bevindt zich vooralsnog in een vroeg, wetenschappelijk stadium. Er is geen informatie beschikbaar over opschaling, productiekosten of mogelijke industriële toepassing op korte termijn. Wel voegt de publicatie een concreet datapunt toe aan het groeiende aantal studies dat laat zien dat biobased polymeren op mechanisch vlak niet per definitie hoeven onder te doen voor hun fossiele tegenhangers.
Ook in Nederland en Europa wordt gewerkt aan biobased polymeren die op termijn chemisch recyclebaar moeten zijn. Chemiebedrijf Avantium ontwikkelt met FDCA en PEF een plantaardig alternatief voor PET, en Corbion bouwt zijn positie in melkzuur en polymelkzuur (PLA) verder uit. Het Japanse onderzoek laat zien dat de mechanische achterstand van biobased kunststoffen op fossiele varianten als PE en PP kleiner wordt, een ontwikkeling die ook voor deze Nederlandse spelers relevant is bij de verdere opschaling van hun eigen technologieën.
Bron: Phys.org
Foto: Сергей Шиманович, Adobe Stock
