Si bien muchas ciudades y ocho estados han prohibido los plásticos de un solo uso, Las bolsas y otros envases de polietileno todavía obstruyen los vertederos y contaminan ríos y océanos.

Un problema importante con el reciclaje de polietileno, que representa un tercio de toda la producción de plástico en todo el mundo, es económico:las bolsas recicladas terminan en productos de bajo valor, como cubiertas y material de construcción, proporcionando pocos incentivos para reutilizar los residuos.

Un nuevo proceso químico desarrollado en la Universidad de California, Berkeley, convierte el plástico de polietileno en un adhesivo fuerte y más valioso y podría cambiar ese cálculo.

"La visión es que tomarías una bolsa de plástico que no tiene valor, y en lugar de tirarlo, donde termina en un vertedero, lo convertirías en algo de gran valor, "dijo John Hartwig, la Cátedra Henry Rapoport de Química Orgánica en UC Berkeley y líder del equipo de investigación. "No se puede tomar todo este plástico reciclado (se producen cientos de miles de millones de libras de polietileno cada año) y convertirlo en un material con propiedades adhesivas, pero si toma una fracción de eso y la convierte en algo de gran valor, que puede cambiar la economía de convertir el resto en algo de menor valor ".

Para la mayoría de los plásticos, reciclar significa cortarlo y convertirlo en productos genéricos, en el proceso, desechando muchas de las propiedades cuidadosamente diseñadas en el plástico original, tales como flexibilidad y facilidad de procesamiento. Y aunque los nuevos métodos de reciclaje pueden descomponer los plásticos en sus componentes químicos para usarlos como combustibles o lubricantes, Estos productos, también, son de bajo valor y pueden ser ambientalmente cuestionables (otro combustible fósil para quemar) o tener una vida útil corta.

Para hacer que el reciclaje sea más atractivo, Los investigadores y la industria del plástico han estado buscando formas de "reciclar", es decir, convertir el plástico reciclado en algo más valioso y duradero.

El proceso químico que desarrollaron Hartwig y sus colegas mantiene muchas de las propiedades originales del polietileno, pero agrega un grupo químico al polímero que hace que se adhiera al metal:algo que el polietileno normalmente hace mal. Su equipo demostró que el polietileno modificado incluso se puede pintar con látex a base de agua. El látex se desprende fácilmente del polietileno estándar de baja densidad. conocido como LDPE.

El artículo que describe este proceso se publicará en línea el 17 de diciembre en la revista Chem y aparecerá en la edición impresa de enero.

"Podemos mejorar la adherencia, conservando todos los demás rasgos del polietileno que la industria encuentra tan útiles, "dijo el coautor Phillip Messersmith, Profesor de la promoción de 1941 en los departamentos de bioingeniería y ciencia e ingeniería de materiales de la UC Berkeley. "La procesabilidad, La estabilidad térmica y las propiedades mecánicas parecen estar ilesas al tiempo que mejoran la adhesión. Eso es complicado de hacer. Ahí es realmente donde tenemos algunas cosas interesantes que mostrar ".

Si bien el proceso aún no es económico para uso industrial, Hartwig cree que se puede mejorar y podría ser el punto de partida para agregar otras propiedades además de la pegajosidad. El éxito también sugiere que otros catalizadores podrían funcionar con otros tipos de plásticos, como el polipropileno que se encuentra en las botellas de plástico recicladas, para producir productos de mayor valor que sean económicamente atractivos.

Ajustar cadenas de hidrocarburos

Hartwig se especializa en el diseño de nuevos procesos catalíticos; en este caso, agregar pequeñas unidades químicas a grandes cadenas de hidrocarburos, o polímeros, en lugares muy específicos, para crear "polímeros funcionalizados" con propiedades nuevas y útiles. Tales reacciones son difíciles, porque uno de los principales puntos de venta de los plásticos es que son resistentes a las reacciones químicas.

Para este proyecto, quería ver si podía agregar un grupo hidroxilo:oxígeno unido al hidrógeno, u OH:en una pequeña fracción de los enlaces carbono-hidrógeno a lo largo de la cadena de polietileno.

"El polietileno suele tener entre 2, 000 y 10, 000 carbonos en una cadena, con dos hidrógenos en cada carbono, en realidad, es un océano de grupos CH2, llamados metilenos, ", dijo." Nos sumergimos en la literatura para buscar el catalizador más activo que pudimos encontrar para la funcionalización de una posición de metileno ".

El catalizador tendría que trabajar a altas temperaturas, ya que el plástico reciclado sólido tiene que fundirse. También, tendría que trabajar en un solvente que no sea polar, y por tanto capaz de mezclarse con polietileno, que es no polar. Esta es una de las razones por las que no se adhiere a los metales, que son polares, o cargado.

Hartwig y el asociado postdoctoral Liye Chen se decidieron por un catalizador a base de rutenio (porfirina de rutenio polifluorada) que satisfacía estos requisitos y también podía agregar grupos OH a la cadena del polímero sin que el hidroxilo altamente reactivo rompiera la cadena del polímero.

La reacción, asombrosamente, produjo un compuesto de polietileno que se adhiere firmemente al metal de aluminio, presumiblemente por medio de las moléculas de OH fijadas a lo largo de la cadena de hidrocarburos del polietileno. Para comprender mejor la adherencia, Chen se asoció con Katerina Malollari, un estudiante de posgrado en el laboratorio de Messersmith, que se centra en tejidos biológicos con propiedades adhesivas, en particular, un pegamento producido por los mejillones.

Chen y Malollari descubrieron que la adición de un porcentaje relativamente pequeño de alcohol al polímero aumentaba la adhesión 20 veces.

"La catálisis introdujo cambios químicos en menos del 10% del polímero, sin embargo, mejoró dramáticamente su capacidad para adherirse a otras superficies, "Dijo Messersmith.

Hacer que el polietileno se adhiera a las cosas, incluida la pintura de látex, abre muchas oportunidades, añadió. Las cavidades artificiales de cadera y los implantes de rodilla a menudo integran polietileno con componentes metálicos y podrían fabricarse para adherirse mejor al metal. El polietileno funcionalizado se puede utilizar para revestir cables eléctricos, proporcionar el pegamento que une otros polímeros, en cartones de leche, por ejemplo, o hacer compuestos más duraderos de plástico y metal, como en los juguetes.

"La utilidad aquí es poder introducir estos grupos funcionales, que ayudan a resolver muchos problemas de larga data en la adhesión de polietileno:adhesión de polietileno a otro polietileno oa otros polímeros, así como al metal, "Dijo Messersmith.

Hartwig prevé más oportunidades para la funcionalización de polímeros complejos, incluido el plástico más común, polipropileno.

"Somos uno de los únicos grupos en cualquier lugar que ha podido introducir selectivamente un grupo funcional a los polímeros de hidrocarburos de cadena larga, ", dijo." Otras personas pueden romper las cadenas, y otros pueden ciclar las cadenas, pero introducir realmente un grupo funcional polar en las cadenas es algo que nadie más ha podido hacer ".