Nuevo sistema de reciclaje químico para polímeros vinílicos de derivados de estireno cíclico

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Blue and yellow pvc tubes

Por la Universidad Shinshu

Investigadores de la Universidad Shinshu desarrollaron un proceso de reciclaje de dos pasos para despolimerizar los polímeros vinílicos a base de estireno cíclico y recuperar los monómeros mediante la modificación química en un solo paso del precursor del monómero.

El reciclaje químico de polímeros vinílicos (VP) ampliamente utilizados es una de las tecnologías clave necesarias para lograr una sociedad sostenible. En este sentido, un equipo de investigadores de la Universidad de Shinshu ha informado recientemente de un nuevo proceso químico que facilita la despolimerización de VP a base de estireno cíclico, lo que da como resultado la recuperación de un precursor monómero.

Este sistema de reciclaje químico altamente eficiente puede ayudar con la circulación efectiva de recursos y el desarrollo de nuevas tecnologías de reciclaje de plástico.

Los polímeros vinílicos (VP) son uno de los materiales plásticos más utilizados. Se encuentran en todas partes, desde tuberías de poli(cloruro de vinilo) y guantes quirúrgicos hasta platos desechables de poliestireno. Dado el llamado mundial a avanzar hacia la sostenibilidad, ¿no sería fantástico reciclar químicamente este polímero ampliamente utilizado para lograr una sociedad sostenible?

Recientemente, un equipo de investigadores dirigido por el profesor asociado Yasuhiro Kohsaka de la Facultad de Ciencia y Tecnología Textil (FTST) y la Iniciativa de Investigación para Supramateriales (RISM), ambas en la Universidad Shinshu, emprendieron un estudio para encontrar una salida para lograr esto.

En su reciente avance publicado en línea en ACS Macro Letters y en coautoría con Yota Chiba del FTST de la Universidad Shinshu, el equipo presentó una nueva estrategia para despolimerizar eficazmente las VP de los derivados de estireno cíclico para recuperar un precursor de monómero.

Tradicionalmente, el reciclaje químico de VP siempre ha sido un desafío. El enfoque convencional para reciclar cualquier polímero es invertir el proceso de polimerización, lo que implica romper una única molécula grande formada por unidades monoméricas repetidas hasta sus componentes monoméricos originales.

Despolimerizar las VP es difícil porque los enlaces covalentes carbono-carbono que mantienen unidas las unidades monoméricas son muy estables y, por lo tanto, difíciles de romper. Los estudios han propuesto formas de romper la columna vertebral carbono-carbono de las VP, pero la mayoría de ellos no logran garantizar la escisión (rotura de enlaces) cuantitativa y selectiva de su cadena principal, que es crucial para la recuperación efectiva de los monómeros.

“Los polímeros que son estables tienen poca reciclabilidad y los que son fácilmente reciclables son inestables por naturaleza”, dice el Dr. Kohsaka. “Superamos este compromiso renunciando a estrategias convencionales que intentan revertir la reacción de polimerización para recuperar monómeros y desarrollando un proceso de reciclaje de dos pasos. En el primer paso, se logró la degradación del polímero a un precursor monomérico, al que siguió la recuperación del monómero mediante modificación química.”

El equipo eligió VP hechas de derivados de estireno cíclicos α-sustituidos, como la ftalida de 3-metileno, como molécula para probar la reciclabilidad química e investigar la reacción de apertura de anillo de los grupos colgantes en presencia de una base como el hidróxido de sodio. Descubrieron que la apertura de los anillos debido a la saponificación aumentaba el impedimento estérico alrededor de los grupos colgantes, lo que conducía a la escisión de la cadena principal y la despolimerización de la VP en precursores de monómeros.

Estos precursores recuperados luego se convirtieron en monómeros mediante cloración en un solo paso y esterificación intramolecular espontánea. Los investigadores descubrieron además que la misma estructura de monómero cíclico que facilitaba la despolimerización también era responsable de promover la polimerización debido a la reducción del impedimento estérico alrededor del grupo vinilideno. Estos hallazgos llevaron a los investigadores a concluir que los derivados de estireno cíclicos sustituidos con α pueden potencialmente reciclar sustancias químicas.

A un nivel más amplio, este estudio ha abierto nuevas vías para la circulación de recursos, uno de los pilares fundamentales de una sociedad sostenible, al proporcionar un método sencillo de polimerización y despolimerización de VP ubicuas. Los investigadores creen que sus hallazgos pueden proporcionar material útil para futuras investigaciones no sólo sobre la despolimerización de materiales plásticos sino también sobre el desarrollo de nuevos plásticos reciclables. “El objetivo de nuestra investigación era ayudar a la misión de desarrollar una tecnología eficiente de reciclaje de plástico, que es una herramienta que la humanidad necesita desesperadamente en el contexto de la contaminación ambiental causada por los plásticos. Si bien no podemos eliminar todo el plástico que ya existe en este planeta, Al menos podemos aprovechar al máximo los recursos plásticos que tenemos a nuestra disposición con nuestra nueva estrategia de reciclaje químico”, concluye el Dr. Kohsaka.