Químicos de Konstanz han desarrollado una nueva clase de catalizadores que permiten la fabricación de dispersiones de polietileno directamente en agua. Esto abre perspectivas para la producción respetuosa con el medio ambiente y sin disolventes de revestimientos plásticos.

El polietileno (PE) es uno de los tipos de plástico más importantes en la actualidad. Se utiliza en una amplia gama de objetos cotidianos, desde botellas de plástico hasta pipas, revestimientos de esquí y juguetes. En forma de dispersiones de PE, también forma la base para diferentes recubrimientos y adhesivos.

El profesor Stefan Mecking y el Dr. Fei Lin del Departamento de Química de la Universidad de Konstanz han dado un gran paso hacia la producción de revestimientos de PE sin disolventes y respetuosa con el medio ambiente. En su reciente artículo en la edición internacional de la revista Angewandte Chemie International Edition , los químicos describen una nueva clase de catalizadores solubles en agua que permiten fabricar dispersiones de PE directamente en agua. Esto elimina los pasos intermedios que consumen mucha energía en la producción de recubrimientos libres de solventes y libres de emisiones.

Disolventes orgánicos como estándar industrial existente

Por sus características técnicas y sus costes de producción comparativamente bajos, los plásticos se han convertido en un material industrial imprescindible. Se componen de moléculas grandes de cadena larga que, según el tipo, también pueden ser polímeros ramificados y se componen de muchas unidades repetidas formadas a partir de bloques de construcción básicos. En el caso del polietileno, el componente básico es el etileno, un compuesto de hidrocarburo gaseoso.

Se utilizan catalizadores químicos adecuados para promover y acelerar el proceso de polimerización, en el que los componentes básicos individuales se conectan para formar grandes moléculas de polímero. En la producción de dispersiones de PE para recubrimientos, la polimerización generalmente se lleva a cabo en solventes orgánicos que se reemplazan gradualmente por agua, lo que requiere pasos adicionales que son técnicamente complejos y consumen mucha energía.

Una nueva clase de catalizadores

Por lo tanto, la investigación y el desarrollo están buscando opciones para producir PE directamente durante la polimerización en forma de dispersión acuosa. Esto podría servir como base para recubrimientos sin disolventes y sin emisiones en los que solo se evapora agua durante la formación de la película. Sin embargo, es un desafío polimerizar PE directamente en agua. "Esto requiere catalizadores que sean activos en el agua pero que, al mismo tiempo, no sean destruidos por el agua. La mayoría de los catalizadores tradicionales se descomponen una vez que entran en contacto con el agua", explica Stefan Mecking, profesor de Ciencia de Materiales Químicos en la Universidad de Constanza.

El Dr. Fei Lin, investigador postdoctoral en el equipo de investigación de Mecking y ganador de la Beca Humboldt, descubrió un nuevo tipo de catalizador. Los estudios se realizaron en el contexto del proyecto DEEPCAT de Stefan Mecking, respaldado por una subvención avanzada del Consejo Europeo de Investigación (ERC) desde 2019 para el desarrollo de plásticos que pueden degradarse de forma respetuosa con el medio ambiente. "Desarrollamos catalizadores solubles en agua para la polimerización de etileno que no solo se mantuvieron estables sino también altamente activos, aunque estuvieron en contacto directo con el agua durante toda la reacción química", afirma Fei Lin.

Bloques de construcción para un proceso de polimerización más respetuoso con el medio ambiente

En estudios a escala de laboratorio, los químicos pudieron demostrar que, en agua, sus nuevos catalizadores polimerizan el etileno para formar una gran cantidad de pequeñas partículas de PE con un alto peso molecular y linealidad, el llamado polietileno de alta densidad (HDPE). "Esto es decisivo para las características finales de los recubrimientos producidos a base de dispersiones de PE y, por lo tanto, para la aplicabilidad de nuestro método", dice Stefan Mecking. Los hallazgos relacionados con los nuevos catalizadores abren perspectivas interesantes para los procesos de polimerización respetuosos con el medio ambiente en general y para la producción eficiente de recubrimientos de PE sin disolventes y sin emisiones en particular. + Explora más

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