No es necesario recordar que la producción de plástico y la contaminación por plástico han aumentado constantemente a lo largo de los años; la evidencia está a nuestro alrededor. ¿Qué pasaría si pudiéramos reciclar el plástico de una manera verdaderamente sostenible?
Esa misma pregunta la plantea Reika Katsumata, profesora asistente y Ph.D. Autumn Mineo, estudiante del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Polímeros (PSE) de la Facultad de Ciencias Naturales, que está experimentando con el reciclaje de polímeros para identificar nuevas químicas y tecnologías ambientalmente conscientes para el reprocesamiento de polímeros.
Su investigación se publica en la revista Angewandte Chemie International Edition. .
A todos nos encantaría pensar que, a pesar de nuestros mejores esfuerzos por evitar los artículos no reciclables, el ocasional vaso de poliestireno que tiramos a la basura podría eventualmente reconstituirse en un vaso nuevo con poco o ningún impacto ambiental, pero el proceso de reciclaje es más complicado que eso.
El reciclaje mecánico se basa en temperaturas y condiciones de procesamiento duras para reinventar flujos selectos de desechos posconsumo como nuevos productos. La exposición repetida a estas condiciones da como resultado que el material se descomponga con el tiempo y el correspondiente empeoramiento de sus propiedades, un resultado a menudo denominado "downcycling".
Alternativamente, ciertos polímeros se pueden descomponer y reformar químicamente, lo que mejora la longevidad del ciclo y la robustez del material. Sin embargo, el reciclaje químico no es posible para muchos de los polímeros básicos que se utilizan en la actualidad.
Katsumata y su equipo buscaron crear un proceso más sostenible para reciclar y reprocesar polímeros a través de lo que se conoce como química de adición-fragmentación-transferencia (AFT), un campo que se centra en reacciones de intercambio de enlaces basadas en radicales. "Los plásticos cotidianos son moléculas grandes llamadas polímeros, compuestas de unidades repetidas o 'monómeros'", explicó Katsumata. "Muchos polímeros no pueden descomponerse ni reformarse químicamente porque los enlaces simples carbono-carbono que mantienen unidos a los monómeros son relativamente estables".
Para abordar este problema de estabilidad, los investigadores de PSE desarrollaron un aditivo que copolimeriza con monómeros convencionales y genera unidades de cadena principal que poseen la capacidad de intercambiarse mediante la química AFT.
"Este vínculo dinámico puede fomentar tanto la escisión (o corte) del polímero como la extensión del polímero para completar el reciclaje en circuito cerrado", dijo Katsumata. "Además, la naturaleza dinámica de nuestro aditivo facilita otras modificaciones químicas con el potencial de 'reciclar' o aumentar el valor del producto, al tomar desechos plásticos básicos y formar nuevos tipos de polímeros especializados, como adhesivos de copolímeros en bloque".
Este trabajo identificó un nuevo monómero compatible con los métodos existentes de síntesis de polímeros, que crea un enlace dinámico entre unidades de monómero que puede aprovecharse para descomponer el plástico después de su uso. Estos fragmentos más pequeños de polímeros, llamados oligómeros, siguen siendo reactivos y pueden servir como puntos de partida a partir de los cuales pueden crecer nuevos polímeros.
El equipo descubrió que el ciclo de descomposición de los polímeros (escisión de la cadena) y su regeneración (extensión de la cadena) puede repetirse y modificarse para cambiar el grado de escisión y extensión.
Un factor clave detrás de esta investigación fue el deseo de estimular la innovación. "Nuestra investigación ha avanzado en el conocimiento fundamental de la química AFT al revelar la reactividad latente después de la polimerización", afirmó Katsumata. "Además, esperamos que nuestro trabajo haya inspirado a las industrias de polímeros a invertir en estrategias de copolimerización y otras tecnologías de reciclaje, particularmente en lo que se refiere a productos de poliolefina".
Katsumata y el equipo de PSE consideran que esta investigación puede actuar como base para nuevos métodos de reciclaje y la identificación de técnicas y productos químicos respetuosos con el medio ambiente, lo que ofrece una visión de un futuro en el que el plástico y otros materiales desafiantes se gestionarán de forma más sostenible.
Más información: Autumn M. Mineo et al, Un aditivo comonómero versátil para polímeros derivados del vinilo radicalmente reciclables, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202316248
Información de la revista: Edición internacional Angewandte Chemie
Proporcionado por la Universidad de Massachusetts Amherst
