Plásticos de nueva generación permiten la recuperación de monómeros de aditivos comunes, incluso en flujos de residuos mixtos, produciendo solo agua como subproducto.
#reciclaje, #biotecnología, #PDK, #plásticos
Un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de los Estados Unidos (Laboratorio Berkeley) ha desarrollado un plástico reciclable que, al igual puede ser descompuesto en elementos constituyentes a nivel molecular, y luego reensamblado en diferentes formas, texturas y colores una y otra vez sin perder rendimiento ni calidad. Un nuevo material llamado poly (dicetenoamina) o PDK fue publicado en Nature Chemistry.
Todos los plásticos, desde botellas de agua hasta autopartes, están hechos de moléculas grandes llamadas polímeros, que consisten en enlaces repetitivos de compuestos de carbono más cortos llamados monómeros.
Los plásticos recirculados son productos de bajo costo debido a las impurezas residuales y la degradación del polímero en cada ciclo de reutilización. Los plásticos que se someten a polimerización reversible pueden recuperar valiosos monómeros y convertirlos en materiales no dañados. Sin embargo, la recuperación de monómeros suele ser costosa, compleja y consumidora de energía. Plásticos de nueva generación, polimerizados usando enlaces dinámicos covalentes de dicetoenamina, permiten la recuperación de monómeros de aditivos comunes, incluso en flujos de residuos mixtos, produciendo solo agua como subproducto. Los monómeros extraídos pueden ser recuperados en la misma formulación del polímero sin pérdida de productividad, así como en otras formulaciones de polímeros con propiedades diferenciadas. La facilidad con la que el polietileno (dicetenoamina) puede fabricarse, utilizarse, reciclarse y reutilizarse sin pérdida de valor indica nuevas direcciones en el desarrollo de polímeros sostenibles con un impacto medioambiental mínimo.
Según los investigadores, el problema con muchos plásticos es que las sustancias químicas añadidas a su utilidad, como los rellenos que hacen que los plásticos sean rígidos, o los plastificantes que hacen que los plásticos sean flexibles, están estrechamente relacionados con los monómeros y permanecen en el plástico. Incluso después de ser procesado en una planta de reciclaje.
Durante el procesamiento en estas plantas, los plásticos de diferentes composiciones químicas (plásticos sólidos, plásticos elásticos, plásticos transparentes, plásticos coloreados) se mezclan y se trituran en piezas. Cuando esta mezcla de plásticos cortados se funde para crear un nuevo material, es difícil predecir las propiedades que heredará de los plásticos originales.
Este patrimonio de propiedades desconocidas y, por lo tanto, impredecibles, ha impedido que los plásticos se conviertan en lo que muchos consideran la base del procesamiento: un material "redondo" cuyos monómeros originales pueden ser extraídos para su reutilización durante el mayor tiempo posible o "reciclados" en uno nuevo. Un producto de la más alta calidad.
Por lo tanto, cuando una bolsa de la compra reutilizable se desgasta, no puede ser reciclada para crear un nuevo producto. Según Helms, una vez que la bolsa ha llegado al final de su vida útil, se incinera para producir calor, electricidad o combustible, o se transporta a un relleno sanitario.
Una nueva generación de plásticos.
Los investigadores quieren eliminar los plásticos de los vertederos y los océanos, fomentando su recuperación y reutilización, lo que es posible con polímeros fabricados a partir de MPCs. "En el caso del PDK, los compuestos invariables en los plásticos convencionales son reemplazados por compuestos reversibles que permiten un procesamiento más eficiente de los plásticos", dijo Helms.
A diferencia de los plásticos convencionales, los monómeros de plástico PDK pueden ser removidos y liberados de cualquier aditivo complejo simplemente sumergiendo el material en una solución altamente ácida. El ácido ayuda a romper los enlaces entre los monómeros y los separa de los aditivos químicos que dan al plástico un aspecto y una sensación.
"Estamos interesados en la química que redirige los ciclos de vida de los plásticos de lineal a circular", dijo Helms. "Vemos una oportunidad para cambiar la situación cuando no hay opciones de reciclaje, como colas, fundas de teléfono, correas de reloj, zapatos, cables de ordenador y materiales duros termoendurecibles de plástico caliente.
Los investigadores descubrieron las sorprendentes propiedades del reciclaje de plásticos basados en MPCs cuando Christensen aplicó varios ácidos a la cristalería utilizada para fabricar los adhesivos MPC, y notaron que la composición del adhesivo había cambiado. Curioso sobre cómo podría transformarse el adhesivo, Christensen analizó la estructura molecular de la muestra utilizando un dispositivo de espectroscopia de RMN. "Para nuestra sorpresa, estos eran monómeros originales", dice Helms.
Después de probar varias composiciones moleculares de fundición, han demostrado que no sólo dividen los ácidos poliméricos PDK en monómeros, sino que también permiten que los monómeros se separen de los aditivos de bloqueo.
Luego demostraron que los monómeros de PDK recuperados pueden convertirse en polímeros y que los polímeros reciclados pueden formar nuevos materiales plásticos sin heredar el color u otras características del material original, de modo que el plástico desechado pueda encontrar un nuevo uso. Por ejemplo, un teclado de ordenador, si es de plástico PDK, también puede reciclarse añadiendo funciones adicionales como la flexibilidad.
Hacia el futuro de los plásticos reciclables.
Los investigadores creen que su nuevo plástico reciclable puede ser una buena alternativa a los muchos plásticos no reciclables que se utilizan hoy en día.
"Estamos en un punto crítico en el que necesitamos pensar en la infraestructura necesaria para modernizar nuestras instalaciones de reciclaje en el futuro", dijo Helms. "Si estas instalaciones fueran diseñadas para reciclar el KDP y los plásticos relacionados, podríamos hacer un mejor uso de los plásticos de los vertederos y los océanos - es un momento emocionante para pensar en cómo diseñar los materiales y las instalaciones de reciclaje para permitir el uso de plásticos reciclables", dijo Helms.
Los investigadores planean entonces desarrollar plásticos PDK con una amplia gama de propiedades térmicas y mecánicas para diversas aplicaciones, como textiles, impresión en 3D y espumas. Además, buscan expandir sus formulaciones para incluir materiales vegetales y otras fuentes sostenibles.
Aunque estos plásticos “más amigables con el medio ambiente” ayudarán a reducir la contaminación de los plásticos en el futuro, la humanidad todavía tiene que lidiar con 18 mil millones de libras de plástico ordinario que llega a nuestros océanos cada año, y 6,3 mil millones de toneladas. Los plásticos se crean desde 1950. Según un estudio realizado el año pasado, el 79% de los residuos todavía está aquí, flotando en el mar, en vertederos o dispersos por el campo.
Referencias:
Helms, B. A. & Russell, T. P. Polymer chemistries enabling cradle-to-cradle life cycles for plastics. Chem. 1, 813–819 (2016).
Rahimi, A. R. & García, J. M. Chemical recycling of waste plastics for new materials production. Nat. Rev. Chem. 1, 0046 (2017).
García, J. M. & Robertson, M. L. The future of plastics recycling. Science 358, 870–872 (2017).
Hong, M. & Chen, E. Y.-X. Chemically recyclable polymers: a circular economy approach to sustainability. Green Chem. 19, 3692–3706 (2017).
MacArthur, E. Beyond plastic waste. Science 358, 843 (2017).
Schneiderman, D. K. & Hillmyer, M. A. 50th anniversary perspective: There is a great future in sustainable polymers. Macromolecules 50, 3733–3749 (2017).
Sardon, H. & Dove, A. P. Plastics recycling with a difference. Science 360, 380–381 (2018).
#reciclaje, #biotecnología, #PDK, #plásticos
Todos los plásticos, desde botellas de agua hasta autopartes, están hechos de moléculas grandes llamadas polímeros, que consisten en enlaces repetitivos de compuestos de carbono más cortos llamados monómeros.
Los plásticos recirculados son productos de bajo costo debido a las impurezas residuales y la degradación del polímero en cada ciclo de reutilización. Los plásticos que se someten a polimerización reversible pueden recuperar valiosos monómeros y convertirlos en materiales no dañados. Sin embargo, la recuperación de monómeros suele ser costosa, compleja y consumidora de energía. Plásticos de nueva generación, polimerizados usando enlaces dinámicos covalentes de dicetoenamina, permiten la recuperación de monómeros de aditivos comunes, incluso en flujos de residuos mixtos, produciendo solo agua como subproducto. Los monómeros extraídos pueden ser recuperados en la misma formulación del polímero sin pérdida de productividad, así como en otras formulaciones de polímeros con propiedades diferenciadas. La facilidad con la que el polietileno (dicetenoamina) puede fabricarse, utilizarse, reciclarse y reutilizarse sin pérdida de valor indica nuevas direcciones en el desarrollo de polímeros sostenibles con un impacto medioambiental mínimo.
Según los investigadores, el problema con muchos plásticos es que las sustancias químicas añadidas a su utilidad, como los rellenos que hacen que los plásticos sean rígidos, o los plastificantes que hacen que los plásticos sean flexibles, están estrechamente relacionados con los monómeros y permanecen en el plástico. Incluso después de ser procesado en una planta de reciclaje.
Durante el procesamiento en estas plantas, los plásticos de diferentes composiciones químicas (plásticos sólidos, plásticos elásticos, plásticos transparentes, plásticos coloreados) se mezclan y se trituran en piezas. Cuando esta mezcla de plásticos cortados se funde para crear un nuevo material, es difícil predecir las propiedades que heredará de los plásticos originales.
Este patrimonio de propiedades desconocidas y, por lo tanto, impredecibles, ha impedido que los plásticos se conviertan en lo que muchos consideran la base del procesamiento: un material "redondo" cuyos monómeros originales pueden ser extraídos para su reutilización durante el mayor tiempo posible o "reciclados" en uno nuevo. Un producto de la más alta calidad.
Por lo tanto, cuando una bolsa de la compra reutilizable se desgasta, no puede ser reciclada para crear un nuevo producto. Según Helms, una vez que la bolsa ha llegado al final de su vida útil, se incinera para producir calor, electricidad o combustible, o se transporta a un relleno sanitario.
Una nueva generación de plásticos.
Los investigadores quieren eliminar los plásticos de los vertederos y los océanos, fomentando su recuperación y reutilización, lo que es posible con polímeros fabricados a partir de MPCs. "En el caso del PDK, los compuestos invariables en los plásticos convencionales son reemplazados por compuestos reversibles que permiten un procesamiento más eficiente de los plásticos", dijo Helms.
A diferencia de los plásticos convencionales, los monómeros de plástico PDK pueden ser removidos y liberados de cualquier aditivo complejo simplemente sumergiendo el material en una solución altamente ácida. El ácido ayuda a romper los enlaces entre los monómeros y los separa de los aditivos químicos que dan al plástico un aspecto y una sensación.
"Estamos interesados en la química que redirige los ciclos de vida de los plásticos de lineal a circular", dijo Helms. "Vemos una oportunidad para cambiar la situación cuando no hay opciones de reciclaje, como colas, fundas de teléfono, correas de reloj, zapatos, cables de ordenador y materiales duros termoendurecibles de plástico caliente.
Después de probar varias composiciones moleculares de fundición, han demostrado que no sólo dividen los ácidos poliméricos PDK en monómeros, sino que también permiten que los monómeros se separen de los aditivos de bloqueo.
Luego demostraron que los monómeros de PDK recuperados pueden convertirse en polímeros y que los polímeros reciclados pueden formar nuevos materiales plásticos sin heredar el color u otras características del material original, de modo que el plástico desechado pueda encontrar un nuevo uso. Por ejemplo, un teclado de ordenador, si es de plástico PDK, también puede reciclarse añadiendo funciones adicionales como la flexibilidad.
Hacia el futuro de los plásticos reciclables.
Los investigadores creen que su nuevo plástico reciclable puede ser una buena alternativa a los muchos plásticos no reciclables que se utilizan hoy en día.
"Estamos en un punto crítico en el que necesitamos pensar en la infraestructura necesaria para modernizar nuestras instalaciones de reciclaje en el futuro", dijo Helms. "Si estas instalaciones fueran diseñadas para reciclar el KDP y los plásticos relacionados, podríamos hacer un mejor uso de los plásticos de los vertederos y los océanos - es un momento emocionante para pensar en cómo diseñar los materiales y las instalaciones de reciclaje para permitir el uso de plásticos reciclables", dijo Helms.
Los investigadores planean entonces desarrollar plásticos PDK con una amplia gama de propiedades térmicas y mecánicas para diversas aplicaciones, como textiles, impresión en 3D y espumas. Además, buscan expandir sus formulaciones para incluir materiales vegetales y otras fuentes sostenibles.
Referencias:
Helms, B. A. & Russell, T. P. Polymer chemistries enabling cradle-to-cradle life cycles for plastics. Chem. 1, 813–819 (2016).
Rahimi, A. R. & García, J. M. Chemical recycling of waste plastics for new materials production. Nat. Rev. Chem. 1, 0046 (2017).
García, J. M. & Robertson, M. L. The future of plastics recycling. Science 358, 870–872 (2017).
Hong, M. & Chen, E. Y.-X. Chemically recyclable polymers: a circular economy approach to sustainability. Green Chem. 19, 3692–3706 (2017).
MacArthur, E. Beyond plastic waste. Science 358, 843 (2017).
Schneiderman, D. K. & Hillmyer, M. A. 50th anniversary perspective: There is a great future in sustainable polymers. Macromolecules 50, 3733–3749 (2017).
Sardon, H. & Dove, A. P. Plastics recycling with a difference. Science 360, 380–381 (2018).
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