Cada año, 3,5 millones de toneladas métricas de pañales empapados terminan en vertederos.
El material superabsorbente dentro de estos pañales está formado por una matriz de polímeros que se expanden una vez que la humedad los golpea. Los polímeros son una larga cadena de unidades repetidas, y en este caso, el material absorbente de los pañales se basa en el polímero ácido poliacrílico.
Un equipo de la Universidad de Michigan ha desarrollado una técnica para desenredar estos polímeros absorbentes y reciclarlos en materiales similares a los adhesivos pegajosos que se usan en notas adhesivas y vendas. Sus resultados se publican en Comunicaciones de la naturaleza .
En términos generales, el reciclaje se puede agrupar en reciclaje mecánico y reciclaje químico.
"El reciclaje mecánico es lo que la mayoría de la gente piensa: separas diferentes plásticos en función de sus identidades, los cortas en trozos pequeños, los fundes y los reutilizas, lo que reduce la calidad del producto", dijo la química de la UM Anne McNeil, correspondienteautor del artículo.
El reciclaje mecánico conduce a materiales de menor calidad porque los plásticos de diferentes empresas se construyen de manera diferente: los polímeros pueden tener diferentes longitudes de cadena o pueden modificarse con diferentes aditivos y tintes.
"Hay tantos problemas, por lo general todo se recicla y termina como fibras de alfombra o bancos de parque", dijo McNeil, cuyo laboratorio se enfoca en el reciclaje químico de plásticos. "El reciclaje químico es esta idea de usar la química y las transformaciones químicas parahacer un material de valor agregado, o al menos un material tan valioso como el original ".
Las cualidades que generalmente hacen que los plásticos sean deseables, como la tenacidad y la durabilidad, también son responsables de su dificultad para reciclar. En particular, los polímeros son difíciles de descomponer porque se mantienen unidos por enlaces estables.
McNeil, profesor de química y ciencia e ingeniería macromolecular, y Takunda Chazovachii, quien recientemente se graduó de la UM con su doctorado en química de polímeros, trabajaron con Procter & Gamble para desarrollar un proceso de tres pasos que convierte los polímeros superabsorbentes en un material reutilizable.- en este caso, adhesivos. El método tenía que ser energéticamente eficiente y poder desplegarse a escala industrial.
"Los polímeros superabsorbentes son particularmente difíciles de reciclar porque están diseñados para resistir la degradación y retener el agua de forma permanente", dijo Chazovachii. "Los polímeros superabsorbentes y los adhesivos se derivan del ácido acrílico. Este origen común inspiró nuestra idea de reciclaje".
Los polímeros en los materiales superabsorbentes se ven como una red de pesca de tejido suelto, dice McNeil, excepto que en lugar de una malla de panal, estos polímeros tienen una reticulación cada 2000 unidades, que es más que suficiente para crear una estructura de red insoluble. Para reciclar estos materiales, los investigadores necesitaban encontrar una manera de desvincular el polímero de la red en cadenas solubles en agua. Chazovachii descubrió que cuando estos polímeros se calientan en presencia de ácido o base, sus enlaces cruzados se rompen.
Los investigadores también necesitaban determinar si estos procesos serían factibles a escala industrial. Los colaboradores Madeline Somers, asistente de investigación del Instituto de Sustentabilidad de UM Graham, y José Alfaro, investigador de la Escuela de Medio Ambiente y Sustentabilidad de la UM, realizaron unaevaluación del ciclo de vida. Aprendieron que el uso de este método ácido para eliminar la reticulación de los polímeros exhibiría un potencial de calentamiento global 10 veces menor, basado en la liberación de dióxido de carbono, y requeriría 10 veces menos energía que usar un enfoque basado en bases.
A continuación, los investigadores necesitaban acortar las largas cadenas de polímeros dentro del material para producir diferentes tipos de adhesivos. Chazovachii se dio cuenta de que la sonicación, utilizando pequeñas burbujas de aire para romper las cadenas de polímero, podía cortar las cadenas en pedazos sin cambiar elpropiedades químicas de las cadenas.
"Lo que realmente nos gustó de este método es que es un proceso mecánico suave y simple", dijo. "Rompe el polímero pero deja intactos sus bloques de construcción o grupos ácidos, por lo que puedes hacer otras reacciones coneso."
Por último, Chazovachii, con la ayuda del profesor de química Paul Zimmerman y su alumno Michael Robo, convirtió los grupos ácidos de las cadenas poliméricas en grupos éster. Esto cambia las propiedades de solubles en agua a solubles orgánicos y se vuelven pegajosos, como un adhesivo.ventaja adicional: el reactivo utilizado en esta reacción, que también sirve como disolvente, podría reciclarse y reutilizarse. Después de probar las propiedades adhesivas, Chazovachii se dio cuenta de que la sonicación no era necesaria para apuntar a un tipo de adhesivos, simplificando aún más el enfoque.
Finalmente, los investigadores necesitaban demostrar que desarrollar adhesivos a partir de polímeros reciclados era más fácil en el planeta que fabricar adhesivos a partir del petróleo, la ruta típica. Al comparar su ruta hacia los adhesivos con la convencional, los autores encontraron que hay un 22%reducción del potencial de calentamiento global y reducción del 25% de energía para la ruta utilizando pañales reciclados.
Los investigadores dicen que trabajan con pañales que ya están limpios, pero están surgiendo empresas que limpian pañales usados, como FaterSMART, filial de Procter & Gamble. Además, Chazovachii dice que las condiciones del reciclaje químico matarían cualquier bacteria superviviente.
McNeil dice que espera que los químicos sintéticos que trabajan en hacer reacciones para moléculas pequeñas dirijan su atención a los polímeros.
"Este es solo un artículo, pero he movido la mayor parte de mi investigación en esta dirección porque creo que es una oportunidad realmente abierta para que los químicos sintéticos tengan un impacto en un problema del mundo real", dijo McNeil.más gente piensa en esto porque el problema global de los plásticos es tan grande y los químicos pueden jugar un papel realmente importante en reinventar lo que hacemos con estos desechos ".
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