Le schiume utilizzate nei sedili e nei materassi delle auto sono difficili da riciclare

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Srikanth Pilla, Clemson University e James Sternberg, Clemson University

Il Research Brief è un breve resoconto di interessanti lavori accademici.

Un nuovo sostituto a base vegetale della schiuma di poliuretano elimina il rischio per la salute del materiale, comunemente presente negli isolamenti, nei sedili delle auto e in altri tipi di imbottiture, ed è più sostenibile dal punto di vista ambientale, come dimostra la nostra nuova ricerca.

Le schiume poliuretaniche sono ovunque intorno a te, ovunque sia necessario un materiale leggero per l'ammortizzazione o il supporto strutturale. Ma in genere sono realizzati utilizzando sostanze chimiche sospettate di essere cancerogene.

I poliuretani vengono generalmente prodotti mediante una reazione molto rapida tra due sostanze chimiche prodotte dall'industria petrolchimica: polioli e isocianati. Sebbene sia stato fatto molto lavoro per trovare sostituti per il componente poliolo delle schiume poliuretaniche, il componente isocianato è rimasto in gran parte mantenuto, nonostante le sue conseguenze per la salute umana. Le schiume a base biologica possono evitare questo componente.

Abbiamo creato una schiuma durevole a base biologica utilizzando la lignina, un sottoprodotto dell'industria della pasta di carta, e un agente indurente a base di olio vegetale che introduce flessibilità e resistenza al materiale finale.

Al centro dell'innovazione c'è la capacità di creare un sistema che "gelifica", sia nel senso che i materiali sono compatibili tra loro sia che creano fisicamente un gel rapidamente in modo che l'aggiunta di un agente schiumogeno possa creare la struttura leggera struttura associata a schiume poliuretaniche.

La lignina è un materiale difficile da convertire in una sostanza chimica utilizzabile, data la sua struttura complicata ed eterogenea. Abbiamo utilizzato questa struttura per creare una rete di legami che ha reso possibile quella che crediamo sia la prima schiuma non isocianata a base di lignina al mondo.

La schiuma può anche essere riciclata perché ha legami che possono decomprimere la rete chimica dopo che si è formata. I principali componenti utilizzati per produrre la schiuma possono poi essere estratti e riutilizzati.

Le schiume poliuretaniche sono la sesta plastica più prodotta al mondo e tra i materiali meno riciclati. Sono inoltre progettati per durare nel tempo, nel senso che rimarranno nell’ambiente per diverse generazioni.

Contribuiscono al problema dei rifiuti di plastica negli oceani, nel suolo e nell’aria del mondo e ai problemi della salute umana. Oggi la plastica può essere trovata praticamente in ogni creatura dell’ecosistema terrestre. E poiché la maggior parte della plastica è ricavata da prodotti petroliferi, è collegata all’estrazione di combustibili fossili, che contribuisce al cambiamento climatico.

L'origine completamente biologica delle nostre schiume affronta il problema della neutralità del carbonio e la capacità di riciclo chimico garantisce che i rifiuti plastici abbiano un valore ad essi associato, quindi hanno meno probabilità di essere gettati via. Garantire che i rifiuti abbiano valore è un segno distintivo dell’approccio circolare alla produzione: attribuire un valore monetario alle cose tende a diminuire la quantità che viene scartata.

Ci auguriamo che la natura di queste schiume ispiri altri a progettare la plastica tenendo presente l'intero ciclo di vita. Proprio come la plastica deve essere progettata in base alle proprietà della sua applicazione iniziale, deve anche essere progettata per evitare la destinazione finale del 90% dei rifiuti di plastica: le discariche e l’ambiente.

Le nostre versioni iniziali di schiume a base biologica producono un materiale rigido adatto all'uso in pannelli con anima in schiuma utilizzati nell'edilizia o per l'isolamento nei frigoriferi. Abbiamo anche creato una versione leggera e flessibile che può essere utilizzata per applicazioni di ammortizzazione e imballaggio. I test iniziali di questi materiali hanno mostrato una buona durabilità in condizioni di bagnato, aumentandone le possibilità di ottenere un’adozione commerciale.

Le schiume poliuretaniche sono così ampiamente utilizzate per la loro versatilità. La formulazione che abbiamo inizialmente scoperto è stata tradotta per creare una libreria di precursori che possono essere miscelati per produrre le proprietà desiderate, come resistenza e lavabilità, in ogni applicazione.

Srikanth Pilla, professore di ingegneria, Clemson University e James Sternberg, professore assistente di ricerca di ingegneria automobilistica, Clemson University