Los materiales plásticos multicapa son omnipresentes en los envases de alimentos y suministros médicos, particularmente porque los polímeros en capas pueden dar a esas películas propiedades específicas, como resistencia al calor o control de oxígeno y humedad. Pero a pesar de su utilidad, esos plásticos omnipresentes son imposibles de reciclar utilizando métodos convencionales.

Aproximadamente 100 millones de toneladas de termoplásticos multicapa, cada uno compuesto por hasta 12 capas de diferentes polímeros, se producen en todo el mundo cada año. El cuarenta por ciento de ese total son residuos del proceso de fabricación en sí, y debido a que no ha habido forma de separar los polímeros, casi todo ese plástico termina en vertederos o incineradores.

Ahora, Los ingenieros de la Universidad de Wisconsin-Madison han sido pioneros en un método para recuperar los polímeros en estos materiales utilizando solventes, una técnica que han denominado procesamiento de precipitación y recuperación dirigida por solventes (STRAP). Su prueba de concepto se detalla hoy (20 de noviembre de 2020) en la revista Avances de la ciencia .

Mediante el uso de una serie de lavados con solvente guiados por cálculos termodinámicos de solubilidad del polímero, Los profesores de ingeniería química y biológica de la UW-Madison George Huber y Reid Van Lehn y sus estudiantes utilizaron el proceso STRAP para separar los polímeros en un plástico comercial compuesto de materiales de estratificación comunes de polietileno, alcohol etileno vinílico, y tereftalato de polietileno.

¿El resultado? Los polímeros separados parecen químicamente similares a los utilizados para hacer la película original.

El equipo ahora espera usar los polímeros recuperados para crear nuevos materiales plásticos, demostrando que el proceso puede ayudar a cerrar el ciclo de reciclaje. En particular, podría permitir a los fabricantes de plástico multicapa recuperar el 40 por ciento de los residuos plásticos producidos durante los procesos de producción y envasado.

"Hemos demostrado esto con un plástico multicapa, ", dice Huber." Necesitamos probar otros plásticos multicapa y necesitamos escalar esta tecnología ".

A medida que aumenta la complejidad de los plásticos multicapa, también lo hace la dificultad de identificar solventes que puedan disolver cada polímero. Es por eso que STRAP se basa en un enfoque computacional utilizado por Van Lehn llamado Modelo de tramado similar a un conductor para solventes realistas (COSMO-RS) para guiar el proceso.

COSMO-RS puede calcular la solubilidad de los polímeros objetivo en mezclas de solventes a diferentes temperaturas, reducir el número de posibles disolventes que podrían disolver un polímero. Luego, el equipo puede explorar experimentalmente los posibles solventes.

"Esto nos permite abordar estos sistemas mucho más complejos, que es necesario si realmente va a hacer mella en el mundo del reciclaje, "dice Van Lehn.

El objetivo es eventualmente desarrollar un sistema computacional que permitirá a los investigadores encontrar combinaciones de solventes para reciclar todo tipo de plásticos multicapa. El equipo también espera analizar el impacto ambiental de los solventes que utiliza y establecer una base de datos de solventes verdes que les permitirá equilibrar mejor la eficacia. coste e impacto medioambiental de varios sistemas de disolventes.

El proyecto surge de la experiencia de UW-Madison en catálisis. Por décadas, Los investigadores de ingeniería química y biológica de la universidad han sido pioneros en reacciones a base de solventes para convertir la biomasa, como la madera o los desechos agrícolas, en sustancias químicas útiles o precursores de combustibles. Gran parte de esa experiencia se traduce también en el reciclaje de polímeros a base de solventes.

El equipo continúa su investigación sobre el procesamiento STRAP a través del recién establecido Centro Multiuniversitario sobre Reciclaje Químico de Residuos de Plásticos. dirigida por Huber. Los investigadores del centro financiado por el Departamento de Energía de EE. UU. Con un valor de $ 12,5 millones están investigando varias vías químicas para recuperar y reciclar polímeros.