I ricercatori della National University of Singapore (NUS) hanno dato un contributo significativo alla risoluzione del problema globale dei rifiuti di plastica, creando un modo per convertire i rifiuti di bottiglie di plastica in aerogel per molte applicazioni utili.

Le bottiglie di plastica sono comunemente realizzate in polietilene tereftalato (PET), che è la plastica più riciclata al mondo. Gli aerogel in PET sviluppati dal team di ricerca guidato da NUS utilizzando rifiuti di bottiglie di plastica - i primi al mondo - sono morbidi, flessibile, durevole, estremamente leggero e maneggevole. Dimostrano inoltre un isolamento termico superiore e una forte capacità di assorbimento. Queste proprietà li rendono attraenti per una vasta gamma di applicazioni, come per l'isolamento termico e acustico negli edifici, pulizia delle fuoriuscite di petrolio, e anche come rivestimento leggero per camici da pompiere e maschere per l'assorbimento di anidride carbonica che potrebbero essere utilizzate durante le operazioni di soccorso antincendio e le uscite di sicurezza.

Questo lavoro pionieristico è stato realizzato da un gruppo di ricerca guidato dal Professore Associato Hai Minh Duong e dal Professor Nhan Phan-Thien del Dipartimento di Ingegneria Meccanica della Facoltà di Ingegneria della NUS. La tecnologia per produrre aerogel in PET è stata sviluppata in collaborazione con il Dr. Xiwen Zhang del Singapore Institute of Manufacturing Technology (SIMTech) sotto l'Agenzia per la Scienza, Tecnologia e Ricerca (A*STAR).

Riciclaggio dei rifiuti di bottiglie di plastica

I rifiuti di plastica sono tossici e non biodegradabili. Tali rifiuti finiscono spesso negli oceani e nelle discariche, influenzando la vita marina e causando problemi come la contaminazione delle acque sotterranee e la scarsità di terra. Globalmente, il consumo annuo di bottiglie di plastica è in costante aumento, e si prevede che supererà mezzo trilione di tonnellate all'anno entro il 2021.

"I rifiuti di bottiglie di plastica sono uno dei tipi più comuni di rifiuti di plastica e hanno effetti dannosi sull'ambiente. Il nostro team ha sviluppato un semplice, metodo economico ed ecologico per convertire i rifiuti di bottiglie di plastica in aerogel in PET per molti usi interessanti. Una bottiglia di plastica può essere riciclata per produrre un foglio di aerogel in PET formato A4. La tecnologia di fabbricazione è anche facilmente scalabile per la produzione di massa. In questo modo, possiamo aiutare a ridurre i danni ambientali dannosi causati dai rifiuti di plastica, ", ha affermato Assoc Prof Duong.

Aerogel in PET versatili

Il team di ricerca ha impiegato due anni (da agosto 2016 ad agosto 2018) per sviluppare la tecnologia per fabbricare aerogel in PET. Questo lavoro è stato pubblicato sulla rivista scientifica Colloidi e Superfici A nell'agosto 2018.

"I nostri aerogel in PET sono molto versatili. Possiamo dare loro diversi trattamenti superficiali per personalizzarli per diverse applicazioni. Ad esempio, quando incorporato con vari gruppi metilici, gli aerogel in PET possono assorbire grandi quantità di olio molto rapidamente. Sulla base dei nostri esperimenti, hanno prestazioni fino a sette volte migliori degli assorbenti commerciali esistenti, e sono altamente adatti per la pulizia di fuoriuscite di petrolio, " ha aggiunto il professor Nhan.

Cappotti da pompiere più leggeri e sicuri

Un'altra nuova applicazione è sfruttare la proprietà di isolamento termico degli aerogel in PET per applicazioni di sicurezza antincendio.

I cappotti dei vigili del fuoco esistenti sono ingombranti e vengono spesso utilizzati con altri dispositivi di respirazione e di sicurezza. Questo potrebbe mettere a dura prova i vigili del fuoco, soprattutto durante le operazioni prolungate.

Quando rivestito con sostanze chimiche ignifughe, il nuovo aerogel leggero in PET dimostra una resistenza termica e una stabilità superiori. Può resistere a temperature fino a 620 gradi Celsius - questo è sette volte superiore al rivestimento termico utilizzato nei cappotti dei vigili del fuoco convenzionali, ma pesa solo circa il 10 per cento del peso del rivestimento termico convenzionale. La natura morbida e flessibile dell'aerogel PET offre anche un maggiore comfort.

Il professor Nhan ha spiegato, "Adottando aerogel in PET rivestiti con ritardanti di fiamma come materiale di rivestimento, i cappotti dei vigili del fuoco possono essere resi molto più leggeri, più sicuro ed economico. È anche possibile produrre giacche termoresistenti a basso costo per uso personale."

Maschera 2 in 1 che assorbe anidride carbonica nociva e particelle di polvere

Quando rivestito con un gruppo amminico, l'aerogel PET può assorbire rapidamente l'anidride carbonica dall'ambiente. La sua capacità di assorbimento è paragonabile ai materiali utilizzati nelle maschere antigas, che sono costosi e ingombranti. Per illustrare questa applicazione, il team ha incorporato un sottile strato di aerogel PET in una maschera commerciale per particelle fini per creare un prototipo di maschera in grado di assorbire efficacemente sia le particelle di polvere che l'anidride carbonica.

Il professor Nhan ha detto, "In paesi altamente urbanizzati come Singapore, le maschere per l'assorbimento dell'anidride carbonica e le giacche resistenti al calore realizzate con aerogel in PET possono essere posizionate accanto agli estintori nei grattacieli per fornire una protezione aggiuntiva ai civili quando scappano da un incendio".

"Le maschere rivestite con aerogel in PET rinforzato con ammina possono anche avvantaggiare le persone che vivono in paesi come la Cina, dove l'inquinamento atmosferico e le emissioni di carbonio sono le principali preoccupazioni. Tali maschere possono essere facilmente prodotte, e può anche essere potenzialmente riutilizzabile, " ha aggiunto Assoc Prof Duong.

I ricercatori del NUS stanno anche cercando di apportare semplici modifiche alla superficie degli aerogel PET per l'assorbimento di gas tossici come il monossido di carbonio, che è il componente più letale del fumo.

Nel loro lavoro precedente, il team di ricerca ha convertito con successo carta e scarti di moda rispettivamente in cellulosa e cotone aerogel. Insieme a quest'ultima innovazione che prevede il riciclaggio dei rifiuti di bottiglie di plastica in aerogel, il team NUS si è recentemente aggiudicato il primo posto nella categoria Tecnologie sostenibili del 2018 Create the Future Design Contest di Tech Briefs.