Schaumstoffe, die in Autositzen und Matratzen verwendet werden, sind schwer zu recyceln

Professor für Ingenieurwissenschaften, Clemson University

Wissenschaftlicher Assistenzprofessor für Fahrzeugtechnik, Clemson University

Srikanth Pilla erhält Mittel von der National Science Foundation (Auszeichnung Nr. 2122822) und dem Energieministerium (Auszeichnung Nr. DE-SC0021367), um diese Arbeit zu unterstützen.

James Sternberg erhält Fördermittel von der National Science Foundation (Auszeichnung Nr. 2122822) und dem Energieministerium (Auszeichnung Nr. DE-SC0021367), um diese Arbeit zu unterstützen.

Die Clemson University stellt als Mitglied von The Conversation US finanzielle Mittel bereit.

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Der Research Brief ist eine Kurzfassung über interessante wissenschaftliche Arbeiten.

Ein neuer pflanzlicher Ersatz für Polyurethanschaum eliminiert das Gesundheitsrisiko des Materials, das häufig in Isolierungen, Autositzen und anderen Arten von Polsterungen vorkommt, und ist umweltverträglicher, wie unsere neue Studie zeigt.

Polyurethanschäume sind überall um Sie herum, überall dort, wo ein leichtes Material zur Polsterung oder strukturellen Unterstützung benötigt wird. Sie werden jedoch in der Regel unter Verwendung von Chemikalien hergestellt, die im Verdacht stehen, krebserregend zu sein.

Polyurethane werden typischerweise durch eine sehr schnelle Reaktion zwischen zwei Chemikalien der petrochemischen Industrie hergestellt: Polyolen und Isocyanaten. Während viel Arbeit in die Suche nach Ersatzstoffen für die Polyolkomponente von Polyurethanschäumen gesteckt wurde, ist die Isocyanatkomponente trotz ihrer Folgen für die menschliche Gesundheit weitgehend erhalten geblieben. Biobasierte Schäume können diesen Bestandteil vermeiden.

Wir haben aus Lignin, einem Nebenprodukt der Papierzellstoffindustrie, und einem Härtungsmittel auf Pflanzenölbasis einen langlebigen, biobasierten Schaum entwickelt, der dem Endmaterial Flexibilität und Zähigkeit verleiht.

Im Mittelpunkt der Innovation steht die Fähigkeit, ein System zu schaffen, das „geliert“, sowohl in dem Sinne, dass die Materialien miteinander kompatibel sind, als auch in dem Sinne, dass sie physikalisch schnell ein Gel bilden, sodass durch die Zugabe eines Schaummittels das Leichtgewicht entstehen kann Struktur, die mit Polyurethanschäumen verbunden ist.

Lignin lässt sich aufgrund seiner komplizierten und heterogenen Struktur nur schwer in eine nutzbare Chemikalie umwandeln. Wir nutzten diese Struktur, um ein Netzwerk von Bindungen zu schaffen, das unserer Meinung nach den weltweit ersten Nichtisocyanatschaum auf Ligninbasis ermöglichte.

Der Schaum kann auch recycelt werden, da er über Bindungen verfügt, die das chemische Netzwerk nach seiner Bildung auflösen können. Anschließend können die Hauptbestandteile des Schaums entnommen und wiederverwendet werden.

Polyurethanschäume sind der weltweit am sechsthäufigsten produzierte Kunststoff, gehören aber zu den am wenigsten recycelten Materialien. Sie sind zudem auf Langlebigkeit ausgelegt, das heißt, sie bleiben über mehrere Generationen in der Umwelt.

Sie tragen zum Plastikmüllproblem in den Weltmeeren, an Land und in der Luft sowie zu Problemen der menschlichen Gesundheit bei. Kunststoffe kommen heute in praktisch jedem Lebewesen im terrestrischen Ökosystem vor. Und da die meisten Kunststoffe aus Erdölprodukten hergestellt werden, sind sie mit der Gewinnung fossiler Brennstoffe verbunden, was zum Klimawandel beiträgt.

Der vollständig biobasierte Ursprung unserer Schaumstoffe berücksichtigt das Problem der CO2-Neutralität, und die Fähigkeit zum chemischen Recycling stellt sicher, dass Kunststoffabfälle einen Wert erhalten, sodass die Wahrscheinlichkeit, dass sie weggeworfen werden, geringer ist. Die Sicherstellung, dass Abfälle einen Wert haben, ist ein Markenzeichen des zirkulären Ansatzes bei der Herstellung – wenn man den Dingen einen monetären Wert beimisst, verringert sich tendenziell die Menge, die weggeworfen wird.

Wir hoffen, dass die Beschaffenheit dieser Schäume andere dazu inspiriert, Kunststoffe unter Berücksichtigung des gesamten Lebenszyklus zu entwickeln. So wie Kunststoffe entsprechend den Eigenschaften ihrer ursprünglichen Verwendung konzipiert werden müssen, müssen sie auch so konzipiert sein, dass 90 % des Kunststoffabfalls nicht am endgültigen Bestimmungsort landen: auf Mülldeponien und in der Umwelt.

Unsere ersten Versionen biobasierter Schäume erzeugen ein starres Material, das für den Einsatz in Schaumstoffplatten im Bauwesen oder zur Isolierung von Kühlschränken geeignet ist. Wir haben auch eine leichte und flexible Version entwickelt, die für Polster- und Verpackungsanwendungen verwendet werden kann. Erste Tests dieser Materialien zeigten eine gute Haltbarkeit bei Nässe, was ihre Chancen auf eine kommerzielle Einführung erhöht.

Polyurethanschäume werden aufgrund ihrer Vielseitigkeit so häufig verwendet. Die ursprünglich von uns entdeckte Formulierung wird übersetzt, um eine Bibliothek von Vorläufern zu erstellen, die gemischt werden können, um bei jeder Anwendung die gewünschten Eigenschaften wie Festigkeit und Waschbarkeit zu erzielen.