Si bien muchas ciudades y ocho estados han prohibido los plásticos de un solo uso, las bolsas y otros envases de polietileno aún obstruyen los vertederos y contaminan ríos y océanos.
Un problema importante con el reciclaje de polietileno, que representa un tercio de toda la producción de plástico en todo el mundo, es económico: las bolsas recicladas terminan en productos de bajo valor, como cubiertas y material de construcción, lo que brinda pocos incentivos para reutilizar los desechos.
Un nuevo proceso químico desarrollado en la Universidad de California, Berkeley, convierte el plástico de polietileno en un adhesivo fuerte y más valioso y podría cambiar ese cálculo.
"La visión es que tomaría una bolsa de plástico que no tiene valor y, en lugar de tirarla, donde termina en un vertedero, la convertiría en algo de alto valor", dijo John Hartwig,Henry Rapoport Chair in Organic Chemistry en UC Berkeley y líder del equipo de investigación. "No se puede tomar todo este plástico reciclado se producen cientos de miles de millones de libras de polietileno cada año y convertirlo en un material con adhesivopropiedades, pero si toma una fracción de eso y la convierte en algo de alto valor, eso puede cambiar la economía de convertir el resto en algo de menor valor ".
Para la mayoría de los plásticos, reciclar significa cortarlos y convertirlos en productos genéricos, eliminando en el proceso muchas de las propiedades meticulosamente diseñadas en el plástico original, como la flexibilidad y la facilidad de procesamiento. Y aunque los nuevos métodos de reciclaje pueden romperseLos plásticos en sus componentes químicos para usarlos como combustibles o lubricantes, estos productos también son de bajo valor y pueden ser cuestionables desde el punto de vista ambiental otro combustible fósil para quemar o tienen una vida útil corta.
Para hacer que el reciclaje sea más atractivo, los investigadores y la industria del plástico han estado buscando formas de "reciclar", es decir, convertir el plástico reciclado en algo más valioso y de mayor duración.
El proceso químico que desarrollaron Hartwig y sus colegas mantiene muchas de las propiedades originales del polietileno, pero agrega un grupo químico al polímero que hace que se adhiera al metal: algo que el polietileno normalmente hace mal. Su equipo demostró que el polietileno modificado puede inclusopintarse con látex a base de agua. El látex se desprende fácilmente del polietileno estándar de baja densidad, denominado LDPE.
El artículo que describe este proceso se publicará en línea el 17 de diciembre en la revista Química y aparecerá en la edición impresa de enero.
"Somos capaces de mejorar la adhesión, al tiempo que preservamos todos los demás rasgos del polietileno que la industria considera tan útiles", dijo el coautor Phillip Messersmith, profesor de la promoción de 1941 en los departamentos de bioingeniería y ciencia e ingeniería de materiales de UC Berkeley."La procesabilidad, la estabilidad térmica y las propiedades mecánicas parecen estar ilesas al tiempo que mejoran la adherencia. Eso es complicado de hacer. Eso es realmente donde tenemos algunas cosas interesantes que mostrar".
Si bien el proceso aún no es económico para uso industrial, Hartwig cree que se puede mejorar y podría ser el punto de partida para agregar otras propiedades además de la pegajosidad. El éxito también sugiere que otros catalizadores podrían funcionar con otros tipos de plásticos, comoel polipropileno que se encuentra en las botellas de plástico recicladas, para producir productos de mayor valor que sean económicamente atractivos.
Ajuste de cadenas de hidrocarburos
Hartwig se especializa en el diseño de nuevos procesos catalíticos - en este caso, agregando pequeñas unidades químicas a grandes cadenas de hidrocarburos, o polímeros, en lugares muy específicos - para crear "polímeros funcionalizados" con propiedades nuevas y útiles. Tales reacciones son difíciles,porque uno de los principales puntos de venta de los plásticos es que son resistentes a las reacciones químicas.
Para este proyecto, quería ver si podía agregar un grupo hidroxilo, oxígeno unido al hidrógeno u OH, en una pequeña fracción de los enlaces carbono-hidrógeno a lo largo de la cadena de polietileno.
"El polietileno generalmente tiene entre 2.000 y 10.000 carbonos en una cadena, con dos hidrógenos en cada carbono; en realidad, es un océano de grupos CH2, llamados metilenos", dijo. "Nos sumergimos en la literatura para buscar elcatalizador más activo que pudimos encontrar para la funcionalización de una posición de metileno ".
El catalizador tendría que trabajar a altas temperaturas, ya que el plástico sólido reciclado tiene que ser fundido. Además, tendría que trabajar en un solvente que no sea polar, y por lo tanto pueda mezclarse con polietileno, que es apolar.una de las razones por las que no se adhiere a los metales, que son polares o cargados.
Hartwig y el asociado postdoctoral Liye Chen se decidieron por un catalizador a base de rutenio porfirina de rutenio polifluorada que satisfacía estos requisitos y también podía agregar grupos OH a la cadena del polímero sin que el hidroxilo altamente reactivo rompiera la cadena del polímero.
La reacción, sorprendentemente, produjo un compuesto de polietileno que se adhiere firmemente al aluminio metálico, presumiblemente por medio de las moléculas de OH fijadas a lo largo de la cadena de hidrocarburos del polietileno. Para comprender mejor la adhesión, Chen se asoció con Katerina Malollari, una estudiante de posgrado en el laboratorio de Messersmith., que se centra en tejidos biológicos con propiedades adhesivas, en particular, un pegamento producido por los mejillones.
Chen y Malollari descubrieron que agregar un porcentaje relativamente pequeño de alcohol al polímero aumentaba la adherencia 20 veces.
"La catálisis introdujo cambios químicos en menos del 10% del polímero, pero mejoró dramáticamente su capacidad para adherirse a otras superficies", dijo Messersmith.
Lograr que el polietileno se adhiera a las cosas, incluida la pintura de látex, abre muchas oportunidades, agregó. Las cavidades artificiales de cadera y los implantes de rodilla a menudo integran polietileno con componentes metálicos y podrían fabricarse para adherirse mejor al metal. Se podría usar polietileno funcionalizadopara recubrir cables eléctricos, proporcione el pegamento que une otros polímeros en cartones de leche, por ejemplo o haga compuestos más duraderos de plástico y metal, como en los juguetes.
"La utilidad aquí es poder introducir estos grupos funcionales, que ayudan a resolver muchos problemas de larga data en la adhesión del polietileno: adhesión del polietileno a otro polietileno u otros polímeros, así como al metal", dijo Messersmith.
Hartwig prevé más oportunidades para la funcionalización de polímeros complejos, incluido el plástico más común, el polipropileno.
"Somos uno de los únicos grupos en cualquier lugar que ha sido capaz de introducir selectivamente un grupo funcional a los polímeros de hidrocarburos de cadena larga", dijo. "Otras personas pueden romper las cadenas y otras pueden ciclar las cadenas, pero en realidadintroducir un grupo funcional polar en las cadenas es algo que nadie más ha podido hacer ".
El equipo de Hartwig también incluyó al estudiante graduado de UC Berkeley Adam Uliana. El trabajo fue apoyado por el Departamento de Energía de EE. UU. DE-AC02-05CH11231 y los Institutos Nacionales de Salud R37 DE014193.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Berkeley . Original escrito por Robert Sanders. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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