Para sintetizar plástico, Las pequeñas moléculas de monómero deben unirse como cuentas en un collar. creando largas cadenas de polímeros.

Sin embargo, no todos los plásticos, o sus polímeros, son iguales. Cuanto más largo y resistente sea el polímero, cuanto más duradero sea el material.

Los investigadores de Cornell tomaron un monómero medio y, utilizando un catalizador especial, crearon un polímero más resistente que puede formar largas cadenas. A continuación, el polímero se puede despolimerizar fácilmente de nuevo al estado de monómero con un catalizador ácido, dando como resultado un termoplástico químicamente reciclable que compite con los plásticos más populares, polietileno y polipropileno.

El papel del equipo, "Termoplásticos químicamente reciclables de la polimerización por desactivación reversible de acetales cíclicos, "publicado el 13 de agosto en Ciencias .

Los coautores principales son el ex investigador postdoctoral Brooks Abel y Rachel Snyder, Doctor. '21.

"Idealmente, el polímero perfecto es aquel que tiene tensiones iniciales realmente altas y luego experimenta un alargamiento realmente bueno, "dijo Geoffrey Coates, el profesor de la Universidad de Tisch en la Facultad de Artes y Ciencias, y el autor principal del artículo. "Los polímeros de los que probablemente haya oído hablar, polietileno y polipropileno, simplemente tienen excelentes propiedades. Muchos polímeros nuevos no se comparan bien con estos ya probados. Nuestro polímero está justo en el medio del paquete. Ha existido durante 60 o 70 años, pero nadie ha podido hacer cadenas realmente largas y obtener propiedades realmente buenas ".

En un giro inesperado el descubrimiento no surgió de la investigación de plásticos convencionales, sino más bien de la participación del Grupo Coates con el Centro Conjunto para la Investigación de Almacenamiento de Energía, una colaboración interdisciplinaria lanzada por el Departamento de Energía de EE. UU. para realizar baterías de próxima generación. Coates y su equipo habían estado trabajando para desarrollar polímeros sostenibles que se puedan usar en materiales de conversión y almacenamiento de energía cuando se dieron cuenta de su polímero:poli (1, 3-dioxolano) o PDXL — era muy adecuado para crear un termoplástico — un material con propiedades que permiten que se derrita, reciclado y remodelado.

Los investigadores construyeron su polímero a partir de un monómero de acetal cíclico llamado dioxolano, que se sintetiza a partir de materias primas de formaldehído y etilenglicol potencialmente renovables. Los poliacetales son buenos candidatos para la creación de termoplásticos reciclables porque son estables por encima de los 300 grados Celsius. pero despolimerizar a temperaturas relativamente bajas, generalmente por debajo de 150 grados Celsius, en presencia de un catalizador ácido. También son económicos y pueden ser de origen biológico. Sin embargo, Los poliacetales no han tenido un uso anterior porque las cadenas de polímero son generalmente demasiado cortas para lograr la resistencia mecánica necesaria para aplicaciones comerciales.

"Queríamos desarrollar una nueva forma de fabricar poliacetales que nos diera control sobre la longitud de las cadenas de polímero, "Abel dijo." En última instancia, pudimos hacer poliacetales de peso molecular realmente alto que eran sorprendentemente dúctiles y fuertes en comparación con sus más frágiles, contrapartes de bajo peso molecular ".

"Si quieres hacer una taza que no se agriete al flexionarla, necesitas obtener un peso molecular realmente alto, "Dijo Coates.

Usando un proceso llamado polimerización catiónica con apertura de anillo de desactivación reversible, los investigadores pudieron conectar los monómeros en largas cadenas de PDXL que tienen un alto peso molecular y una alta resistencia a la tracción.

El termoplástico resultante es lo suficientemente fuerte y flexible como para usarse en aplicaciones a gran escala, como productos de embalaje. El equipo demostró este potencial mediante la creación de varios elementos prototipo, incluyendo bolsas protectoras, embalajes moldeados y almohadas de aire inflables del tipo que Amazon usa para rellenar sus cajas.

"Ahora, casi el 40% del plástico se produce para envasar productos que se utilizan brevemente y luego se desechan, ", Dijo Snyder." PDXL tiene la resistencia necesaria para el envasado, pero en lugar de tirarlo, podemos recolectarlo y reutilizarlo mediante un proceso de reciclaje químico muy eficiente. Esto lo convierte en un candidato perfecto para una economía circular de polímeros ".

El proceso de reciclaje es tan eficiente que el PDXL puede incluso despolimerizarse a partir de mezclas complejas de residuos plásticos. El equipo mezcló PDXL con otros plásticos básicos como tereftalato de polietileno, polietileno y poliestireno. Después de aplicar un catalizador ácido reutilizable y calentar, pudieron recuperar el 96% del monómero de dioxolano puro, demostrando que se puede aislar fácilmente de contaminantes comunes como tintes y plastificantes. El monómero recuperado se repolimerizó luego a PDXL, ilustrando la circularidad del reciclaje químico de poliacetal.

Esto apunta al atributo más significativo del polímero:su sostenibilidad.

"Se necesitan muchos combustibles fósiles para fabricar estos plásticos, y la huella de carbono del polietileno o polipropileno común es realmente mala. Así que tenemos que ser mejores en cómo los hacemos "Coates dijo." Si puede encontrar una manera de reciclar químicamente el polímero, no se va a ir al océano, ¿Derecha? Y luego, en lugar de usar toda esta energía para sacar el aceite del suelo y romperlo en pequeños pedazos y gastar toda esta energía, todo lo que tenemos que hacer es calentar el polímero y boom, tenemos un monómero de nuevo ".