Ligero pero resistente, el plástico es excelente, hasta que ya no lo necesite. Debido a que los plásticos contienen varios aditivos, como tintes, rellenos o retardantes de llama, muy pocos plásticos pueden reciclarse sin pérdida de rendimiento o estética. Incluso el más reciclable.el plástico, el PET o el poli tereftalato de etileno solo se recicla a una velocidad del 20-30%, y el resto generalmente va a incineradores o vertederos, donde el material rico en carbono tarda siglos en descomponerse.
Ahora, un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley Berkeley Lab del Departamento de Energía de EE. UU. DOE ha diseñado un plástico reciclable que, como un juego de Lego, puede desmontarse en sus partes constituyentes a nivel molecular, y luegoreensamblado en una forma, textura y color diferentes una y otra vez sin pérdida de rendimiento o calidad. El nuevo material, llamado poli dicetoenamina o PDK, se informó en la revista Química de la naturaleza.
"La mayoría de los plásticos nunca fueron hechos para ser reciclados", dijo el autor principal Peter Christensen, investigador postdoctoral en la fundición molecular de Berkeley Lab. "Pero hemos descubierto una nueva forma de ensamblar plásticos que tiene en cuenta el reciclaje desde una perspectiva molecular".
Christensen era parte de un equipo multidisciplinario dirigido por Brett Helms, científico del personal de la Fundición Molecular de Berkeley Lab. Los otros coautores son los investigadores universitarios Angelique Scheuermann entonces de UC Berkeley y Kathryn Loeffler entonces de la Universidad de Texas enAustin que fueron financiados por el programa de pasantías de laboratorio de ciencias para estudiantes de licenciatura SULI del DOE en el momento del estudio. El proyecto en general fue financiado a través del programa de investigación y desarrollo dirigido por el laboratorio de Berkeley Lab.
Todos los plásticos, desde botellas de agua hasta piezas de automóviles, están formados por moléculas grandes llamadas polímeros, que están compuestas de unidades repetitivas de compuestos más cortos que contienen carbono llamados monómeros.
Según los investigadores, el problema con muchos plásticos es que los químicos agregados para hacerlos útiles, como los rellenos que hacen que un plástico sea resistente o los plastificantes que hacen que el plástico sea flexible, están fuertemente unidos a los monómeros y permanecen enel plástico incluso después de haber sido procesado en una planta de reciclaje.
Durante el procesamiento en tales plantas, los plásticos con diferentes composiciones químicas - plásticos duros, plásticos elásticos, plásticos transparentes, plásticos de color caramelo - se mezclan y se muelen en pedazos. Cuando esa mezcla de plásticos picados se funde para hacerun nuevo material, es difícil predecir qué propiedades heredará de los plásticos originales.
Esta herencia de propiedades desconocidas y por lo tanto impredecibles ha evitado que el plástico se convierta en lo que muchos consideran el Santo Grial del reciclaje: un material "circular" cuyos monómeros originales pueden recuperarse para su reutilización durante el mayor tiempo posible, o "reciclarse" para hacer unProducto nuevo de mayor calidad.
Por lo tanto, cuando una bolsa de compras reutilizable hecha con plástico reciclado se desgasta con el desgaste, no se puede reciclar o incluso reciclar para hacer un nuevo producto. Y una vez que la bolsa ha llegado al final de su vida útil, se incinera paraproduce calor, electricidad o combustible, o termina en un vertedero, dijo Helms.
"Los plásticos circulares y el reciclaje de plásticos son grandes desafíos", dijo. "Ya hemos visto el impacto de los desechos plásticos que se filtran en nuestros ecosistemas acuáticos, y esta tendencia probablemente se agravará por las cantidades crecientes de plásticos que se fabrican yla presión aguas abajo que ejerce sobre nuestra infraestructura municipal de reciclaje "
Reciclaje de plástico de un monómero a la vez
Los investigadores quieren desviar los plásticos de los vertederos y los océanos al incentivar la recuperación y reutilización de los plásticos, lo que podría ser posible con polímeros formados a partir de PDK ". Con los PDK, los enlaces inmutables de los plásticos convencionales se reemplazan con enlaces reversibles que permitenplástico para ser reciclado de manera más efectiva ", dijo Helms.
A diferencia de los plásticos convencionales, los monómeros de plástico PDK podrían recuperarse y liberarse de cualquier aditivo compuesto simplemente sumergiendo el material en una solución altamente ácida. El ácido ayuda a romper los enlaces entre los monómeros y separarlos de los aditivos químicos que danplástico su aspecto y sensación.
"Estamos interesados en la química que redirige los ciclos de vida plásticos de lineal a circular", dijo Helms. "Vemos la oportunidad de hacer una diferencia donde no hay opciones de reciclaje". Eso incluye adhesivos, fundas de teléfonos, bandas de reloj, zapatos, cables de computadora y termoestables duros que se crean moldeando material plástico caliente.
Los investigadores descubrieron por primera vez la excitante propiedad circular de los plásticos a base de PDK cuando Christensen estaba aplicando varios ácidos a la cristalería utilizada para hacer adhesivos PDK, y notaron que la composición del adhesivo había cambiado. Curioso por cómo el adhesivo podría haberse transformado, Christensenanalizó la estructura molecular de la muestra con un instrumento de espectroscopía de RMN resonancia magnética nuclear. "Para nuestra sorpresa, fueron los monómeros originales", dijo Helms.
Después de probar varias formulaciones en la Fundición Molecular, demostraron que el ácido no solo descompone los polímeros PDK en monómeros, sino que el proceso también permite que los monómeros se separen de los aditivos entrelazados.
Luego, demostraron que los monómeros PDK recuperados se pueden rehacer en polímeros, y esos polímeros reciclados pueden formar nuevos materiales plásticos sin heredar el color u otras características del material original, de modo que la correa negra rota que arrojaste a la basura podríaencuentre una nueva vida como teclado de computadora si está hecho con plástico PDK. También podrían reciclar el plástico agregando características adicionales, como la flexibilidad.
Moviéndose hacia un futuro plástico circular
Los investigadores creen que su nuevo plástico reciclable podría ser una buena alternativa a muchos plásticos no reciclables que se usan actualmente.
"Estamos en un punto crítico en el que necesitamos pensar en la infraestructura necesaria para modernizar las instalaciones de reciclaje para la clasificación y el procesamiento de residuos en el futuro", dijo Helms. "Si estas instalaciones se diseñaron para reciclar o reciclar PDK y plásticos relacionados, entoncespodríamos desviar más efectivamente el plástico de los vertederos y los océanos. Este es un momento emocionante para comenzar a pensar en cómo diseñar materiales e instalaciones de reciclaje para permitir plásticos circulares ", dijo Helms.
Luego, los investigadores planean desarrollar plásticos PDK con una amplia gama de propiedades térmicas y mecánicas para aplicaciones tan diversas como textiles, impresión 3D y espumas. Además, buscan expandir las formulaciones incorporando materiales de origen vegetal y otrosfuentes sostenibles.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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