Termoendurecibles, que incluyen epoxis, poliuretanos, y caucho utilizado para neumáticos, se encuentran en muchos productos que tienen que ser duraderos y resistentes al calor, como automóviles o electrodomésticos. Un inconveniente de estos materiales es que, por lo general, no se pueden reciclar o descomponer fácilmente después de su uso. porque los enlaces químicos que los mantienen unidos son más fuertes que los que se encuentran en otros materiales como los termoplásticos.

Los químicos del MIT han desarrollado una forma de modificar los plásticos termoendurecibles con un enlazador químico que hace que los materiales sean mucho más fáciles de descomponer. pero aún les permite conservar la resistencia mecánica que los hace tan útiles.

En un estudio que aparece hoy en Naturaleza , los investigadores demostraron que podían producir una versión degradable de un plástico termoestable llamado pDCPD, descomponerlo en polvo, y use el polvo para crear más pDCPD. También propusieron un modelo teórico que sugiere que su enfoque podría ser aplicable a una amplia gama de plásticos y otros polímeros. como el caucho.

"Este trabajo revela un principio de diseño fundamental que creemos que es general para cualquier tipo de termoestable con esta arquitectura básica, "dice Jeremiah Johnson, profesor de química en el MIT y autor principal del estudio.

Peyton Shieh, un becario postdoctoral de la American Cancer Society en el MIT, es el primer autor del artículo.

Difícil de reciclar

Los termoestables son una de las dos clases principales de plásticos, junto con termoplásticos. Los termoplásticos incluyen polietileno y polipropileno, que se utilizan para bolsas de plástico y otros plásticos de un solo uso como envoltorios de alimentos. Estos materiales se fabrican calentando pequeños gránulos de plástico hasta que se derriten. luego moldearlos en la forma deseada y dejarlos enfriar de nuevo en un sólido.

Termoplásticos, que representan alrededor del 75 por ciento de la producción mundial de plástico, se pueden reciclar calentándolos nuevamente hasta que se vuelvan líquidos, para que se puedan remodelar a una nueva forma.

Los plásticos termoendurecibles se fabrican mediante un proceso similar, pero una vez que se enfrían de líquido a sólido, es muy difícil devolverlos a un estado líquido. Eso es porque los enlaces que se forman entre las moléculas de polímero son fuertes enlaces químicos llamados enlaces covalentes, que son muy difíciles de romper. Cuando se calienta, Los plásticos termoendurecibles normalmente se queman antes de que puedan ser remodelados. Johnson dice.

"Una vez que tienen una forma determinada, están en esa forma durante toda su vida, ", dice." A menudo no hay una manera fácil de reciclarlos ".

El equipo del MIT quería desarrollar una forma de conservar los atributos positivos de los plásticos termoendurecibles, su resistencia y durabilidad, al tiempo que los hacía más fáciles de descomponer después de su uso.

En un artículo publicado el año pasado, con Shieh como autor principal, El grupo de Johnson informó sobre una forma de crear polímeros degradables para la administración de fármacos, incorporando un bloque de construcción, o monómero, que contiene un grupo silil éter. Este monómero se distribuye aleatoriamente por todo el material, y cuando el material está expuesto a ácidos, bases, o iones como el fluoruro, los enlaces de silil éter se rompen.

El mismo tipo de reacción química que se utiliza para sintetizar esos polímeros también se utiliza para fabricar algunos plásticos termoendurecibles, incluyendo policiclopentadieno (pDCPD), que se utiliza para paneles de carrocería en camiones y autobuses.

Usando la misma estrategia de su artículo de 2019, los investigadores agregaron monómeros de silil éter a los precursores líquidos que forman pDCPD. Descubrieron que si el monómero de silil éter constituía entre el 7,5 y el 10 por ciento del material total, El pDCPD conservaría su resistencia mecánica pero podría descomponerse en un polvo soluble al exponerse a iones de fluoruro.

"Esa fue la primera cosa emocionante que encontramos, Johnson dice:"Podemos hacer que el pDCPD sea degradable sin dañar sus útiles propiedades mecánicas".

Nuevos materiales

En la segunda fase del estudio, los investigadores intentaron reutilizar el polvo resultante para formar un nuevo material pDCPD. Después de disolver el polvo en la solución precursora utilizada para hacer pDCPD, pudieron fabricar nuevos termoendurecibles pDCPD a partir del polvo reciclado.

"Ese nuevo material tiene casi indistinguible, y de alguna manera mejorado, propiedades mecánicas en comparación con el material original, Johnson dice:"Es emocionante demostrar que se pueden tomar los productos de degradación y rehacer el mismo termoestable utilizando el mismo proceso".

Los investigadores creen que este enfoque general también podría aplicarse a otros tipos de química termoestable. En este estudio, demostraron que el uso de monómeros degradables para formar las hebras individuales de los polímeros es mucho más eficaz que el uso de enlaces degradables para "reticular" las hebras entre sí, que se ha probado antes. Creen que este enfoque de hebra escindible podría usarse para generar muchos otros tipos de materiales degradables.

Si se pueden encontrar los tipos adecuados de monómeros degradables para otros tipos de reacciones de polimerización, este enfoque podría usarse para hacer versiones degradables de otros materiales termoendurecibles como acrílicos, epoxis, siliconas, o caucho vulcanizado, Johnson dice.

Los investigadores ahora esperan formar una empresa para licenciar y comercializar la tecnología. El MIT también ha otorgado a Millipore Sigma una licencia no exclusiva para fabricar y vender monómeros de éter de sililo con fines de investigación.

Patrick Casey, consultor de nuevos productos en SP Insight y mentor del Centro Deshpande de Innovación Tecnológica del MIT, ha estado trabajando con Johnson y Shieh para evaluar la tecnología, incluida la realización de algunos modelos económicos preliminares e investigación de mercado secundaria.

"Hemos hablado de esta tecnología con algunos de los principales actores de la industria, que nos dicen que promete ser bueno para las partes interesadas a lo largo de la cadena de valor, "Dice Casey." Los fabricantes de piezas obtienen un flujo de materiales reciclados de bajo costo; fabricantes de equipos, como las empresas de automoción, pueden cumplir sus objetivos de sostenibilidad; y los recicladores obtienen una nueva fuente de ingresos de los plásticos termoendurecibles. Los consumidores ven un ahorro de costes, y todos conseguiremos un medio ambiente más limpio ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.