Los científicos del Laboratorio Ames del Departamento de Energía de EE. UU. Y sus socios de la Universidad de Clemson han descubierto un proceso de baja energía para descomponer el poliestireno, un tipo de plástico que se usa ampliamente en materiales de embalaje de espuma, envases de comida desechables, cuchillería, y muchas otras aplicaciones.

El poliestireno es parte de un problema global de desechos plásticos mucho mayor. Cada año se producen cientos de millones de toneladas métricas de polímeros, una gran mayoría de los cuales se desecha después de su uso. Debido a la estabilidad química y durabilidad de los polímeros industriales, Los desechos plásticos no se degradan fácilmente en los vertederos y a menudo se queman. que produce dióxido de carbono y otros gases peligrosos. Para detener la creciente avalancha de desechos de polímeros y reducir las emisiones de dióxido de carbono, Los plásticos deben reciclarse o convertirse en nuevos productos de valor añadido.

En la actualidad, el reciclaje de la gran mayoría de los plásticos no es económicamente viable; su clasificación y separación requieren mucho tiempo y trabajo, mientras que el procesamiento y la remanufactura de productos químicos requieren una importante aportación de energía y disolventes tóxicos. Los polímeros reprocesados ​​a menudo muestran un rendimiento inferior al de los materiales recién fabricados "hechos desde cero".

Un equipo de científicos del Laboratorio Ames utilizó el procesamiento por molienda de bolas para deconstruir poliestireno comercial en un solo paso, a temperatura ambiente, en atmósfera ambiente en ausencia de disolventes nocivos. El molino de bolas es una técnica que coloca los materiales en un vial de molienda con cojinetes de bolas de metal que luego se agita hasta que se produce la reacción química deseada. Llamada mecanoquímica, este enfoque experimental tiene numerosas aplicaciones en la síntesis de nuevos materiales, y características atractivas en lo que respecta al reciclaje de plásticos.

La deconstrucción del poliestireno procede a través de una serie de eventos químicos que involucran el corte mecánico de las macromoléculas, que genera radicales libres detectables en el material molido incluso después de su exposición prolongada al aire. Los cojinetes metálicos utilizados para la molienda y el oxígeno ambiental actúan como cocatalizadores que permiten la extracción del estireno monomérico de las especies formadas portadoras de radicales oligoméricos. Los experimentos demostraron que el aumento de temperatura en el material durante la molienda no es responsable del fenómeno observado, ya que la temperatura dentro del polvo molido no supera los 50oC mientras que la descomposición térmica del poliestireno en el aire comienza a unos 325oC. El grupo de Clemson confirmó la deconstrucción integral del polímero original en fragmentos más pequeños, materiales oligoméricos, Adecuado para su posterior procesamiento en nuevos productos de valor agregado.

"Este método representa un avance importante que permite el desmantelamiento de un polímero simultáneamente con su descomposición en condiciones ambientales, es decir, ~ 300 C por debajo de la temperatura de descomposición térmica del material prístino ", dijo el científico principal del laboratorio Ames, Viktor Balema." Creemos que esta prueba de concepto es una posibilidad emocionante para desarrollar nuevas tecnologías de reciclaje para todo tipo de plásticos, y eso contribuirá al establecimiento de la economía circular ".

Su socio de la Universidad de Clemson, Kentwool Distinguido profesor Igor Luzinov, comentó además que "este descubrimiento abre nuevas vías para la recuperación a baja temperatura de monómeros de sistemas basados ​​en polímeros multicomponente, como compuestos y laminados. Además, nuestra tecnología permitirá extraer el monómero de materiales reticulados que contienen unidades de estireno en sus estructuras ".

Investigador de la Fundación Alfred P. Sloan, Profesor Aaron Rossini de la Universidad Estatal de Iowa, Además, señaló que "la espectroscopia de resonancia paramagnética electrónica muestra grandes concentraciones de especies de radicales libres centrados en carbono en el poliestireno que se molió en el aire. Este es un resultado sorprendente porque los radicales libres son normalmente muy reactivos. Además, la presencia de los radicales da evidencia directa de que la molienda provoca directamente la escisión de las cadenas de polímero. Esperamos que los sitios reactivos asociados con los radicales libres se puedan utilizar para funcionalizar los polímeros procesados ​​para obtener nuevos productos de valor agregado ".

La investigación se analiza con más detalle en el artículo "Despolimerización de poliestireno en condiciones ambientales, "escrito por Viktor P. Balema, Ihor Z. Hlova, Scott L. Carnahan, Mastooreh Seyedi, Oleksandr Dolotko, Aaron J. Rossini, e Igor Luzinov; aparece en la portada de la Nueva revista de química .