Un nuevo proceso químico convierte el plástico en adhesivo

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Un nuevo proceso químico convierte el plástico en adhesivo

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.

Bolsas de plástico de “reciclaje”

Para la mayoría de los plásticos, reciclar significa cortarlos y convertirlos en productos genéricos, eliminando en el proceso muchas de las propiedades minuciosamente diseñadas en el plástico original, como la flexibilidad y la facilidad de procesamiento. Y aunque los nuevos métodos de reciclaje pueden descomponer los 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 tener 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 incluso se puede pintar con látex a base de agua. El látex se desprende fácilmente del polietileno estándar de baja densidad, denominado LDPE.

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, como el polipropileno que se encuentra en las botellas de plástico reciclado, para producir productos de mayor valor que sean económicamente atractivos.

Encontrar el proceso correcto

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 catalizador tendría que funcionar a altas temperaturas, ya que el plástico reciclado sólido debe fundirse. Además, tendría que trabajar en un disolvente no polar y, por tanto, capaz de mezclarse con polietileno, que no es polar. Esta es 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.

Sorprendentemente, la reacción 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 enfoca en tejidos biológicos con propiedades adhesivas, en particular, un pegamento producido por mejillones.

Chen y Malollari descubrieron que la adición de un porcentaje relativamente pequeño de alcohol al polímero aumentaba la adhesión 20 veces.

Por qué es útil

Hacer que el polietileno se adhiera a las cosas, incluida la pintura de látex, abre muchas oportunidades, dice. 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. El polietileno funcionalizado podría usarse para revestir cables eléctricos, proporcionar el pegamento que une a otros polímeros —en cartones de leche, por ejemplo— o hacer compuestos más duraderos de plástico y metal, como en juguetes.

Hartwig prevé más oportunidades para la funcionalización de polímeros complejos, incluido el plástico más común, el polipropileno.

— Esta publicación se publicó anteriormente en Futurity.org y se vuelve a publicar aquí bajo una licencia Creative Commons.