Todos los años, 3,5 millones de toneladas métricas de pañales empapados terminan en vertederos.

El material superabsorbente dentro de estos pañales está compuesto por una matriz de polímeros que se expanden una vez que la humedad los golpea. Los polímeros son una larga cadena de unidades repetidas, y en este caso, el material absorbente de los pañales se basa en el polímero ácido poliacrílico.

Un equipo de la Universidad de Michigan ha desarrollado una técnica para desenredar estos polímeros absorbentes y reciclarlos en materiales similares a los pegajosos adhesivos utilizados en notas adhesivas y vendas. Sus resultados se publican en Comunicaciones de la naturaleza .

En general, el reciclaje se puede agrupar en reciclaje mecánico y reciclaje químico.

"El reciclaje mecánico es lo que la mayoría de la gente piensa:separas diferentes plásticos en función de sus identidades, picarlos en trozos pequeños, derretirlos y reutilizarlos, lo que reduce la calidad del producto, "dijo la química de la UM Anne McNeil, autor correspondiente del artículo.

El reciclaje mecánico conduce a materiales de menor calidad porque los plásticos de diferentes empresas se construyen de manera diferente:los polímeros pueden tener diferentes longitudes de cadena o modificarse con diferentes aditivos y tintes.

"Hay tantos problemas, todo generalmente se recicla y termina como fibras de alfombra o bancos de parque, "dijo McNeil, cuyo laboratorio se centra en el reciclaje químico de plásticos. "El reciclaje químico es esta idea de utilizar la química y las transformaciones químicas para hacer un material de valor agregado, o al menos un material tan valioso como el original ".

Las cualidades que generalmente hacen que los plásticos sean deseables, como dureza y durabilidad, también son responsables de su dificultad para reciclar. En particular, los polímeros son difíciles de descomponer porque se mantienen unidos por enlaces estables.

McNeil, profesor de química y ciencia e ingeniería macromolecular, y Takunda Chazovachii, quien recientemente se graduó de la U-M con su doctorado en química de polímeros, trabajó con Procter &Gamble para desarrollar un proceso de tres pasos que convierte los polímeros superabsorbentes en un material reutilizable; en este caso, adhesivos. El método debía ser energéticamente eficiente y poder implementarse a escala industrial.

"Los polímeros superabsorbentes son particularmente difíciles de reciclar porque están diseñados para resistir la degradación y retener el agua de forma permanente, ", Dijo Chazovachii." Los polímeros superabsorbentes y los adhesivos se derivan del ácido acrílico. Este origen común inspiró nuestra idea de reciclaje ".

Los polímeros de los materiales superabsorbentes parecen una red de pesca de tejido suelto, McNeil dice:excepto en lugar de una malla de panal, estos polímeros tienen una reticulación cada 2, 000 unidades, que es más que suficiente para crear una estructura de red insoluble. Para reciclar estos materiales, los investigadores necesitaban encontrar una manera de desvincular el polímero de red en cadenas solubles en agua. Chazovachii descubrió que cuando estos polímeros se calientan en presencia de ácido o base, sus enlaces cruzados están rotos.

Los investigadores también necesitaban determinar si estos procesos serían factibles a escala industrial. Colaboradores Madeline Somers, asistente de investigación en el Instituto de Sostenibilidad U-M Graham, y Jose Alfaro, investigador de la Escuela de Medio Ambiente y Sostenibilidad de la U-M, realizó una evaluación del ciclo de vida. Aprendieron que el uso de este método ácido para des-reticular los polímeros exhibiría un potencial de calentamiento global 10 veces menor. basado en la liberación de dióxido de carbono, y requeriría 10 veces menos energía que usar un enfoque basado en la base.

Próximo, los investigadores necesitaban acortar las largas cadenas de polímeros dentro del material para producir diferentes tipos de adhesivos. Chazovachii se dio cuenta de que la sonicación —utilizando pequeñas burbujas de aire que revientan para romper las cadenas de polímero— podría cortar las cadenas en pedazos sin cambiar sus propiedades químicas.

"Lo que realmente nos gustó de este método es que es un proceso mecánico suave y simple, ", dijo." Rompe el polímero pero deja sus bloques de construcción, o grupos ácidos, intacto, para que puedas hacer otras reacciones con él ".

Finalmente, Chazovachii, asistido por el profesor de química Paul Zimmerman y su alumno Michael Robo, convirtieron los grupos ácidos de las cadenas del polímero en grupos éster. Esto cambia las propiedades de soluble en agua a soluble orgánico, y se vuelven horteras, como un adhesivo. Una ventaja adicional:el reactivo utilizado en esta reacción, que también sirve como disolvente, podría reciclarse y reutilizarse. Después de probar las propiedades adhesivas, Chazovachii se dio cuenta de que la sonicación no era necesaria para apuntar a un tipo de adhesivos, simplificando aún más el enfoque.

Finalmente, los investigadores tenían que demostrar que desarrollar adhesivos a partir de polímeros reciclados era más fácil en el planeta que fabricar adhesivos a partir del petróleo, la ruta típica. Comparando su ruta a los adhesivos con la convencional, los autores encontraron que hay una reducción del 22% en el potencial de calentamiento global y una reducción del 25% en energía para la ruta usando pañales reciclados.

Los investigadores dicen que trabajan con pañales que ya están limpios, pero están surgiendo empresas que limpian pañales usados, como el afiliado de Procter &Gamble FaterSMART. Adicionalmente, Chazovachii dice que las condiciones del reciclaje químico matarían a cualquier bacteria superviviente.

McNeil dice que espera que los químicos sintéticos que trabajan en hacer reacciones para moléculas pequeñas dirijan su atención a los polímeros.

"Este es solo un artículo, pero he movido la mayor parte de mi investigación en esta dirección porque creo que es una oportunidad realmente abierta para que los químicos sintéticos tengan un impacto en un problema del mundo real, "Quiero que más gente piense en esto", dijo McNeil, porque el problema mundial de los plásticos es enorme y los químicos pueden desempeñar un papel realmente importante en la reinvención de lo que hacemos con estos desechos ".