Científicos japoneses proponen un nuevo concepto de reciclaje en bucle cerrado más estable y eficiente

Miércoles, 12 de abril de 2023 | Un grupo de científicos de la Universidad Shinshu (Japón) ha ideado un nuevo proceso de reciclaje en bucle cerrado basado en micropartículas poliméricas. Los investigadores creen que su propuesta, además de lograr un reciclaje completo de los materiales, garantizaría una estabilidad mecánica completa y una mayor eficiencia energética.

 

La mayoría de los métodos de reciclaje de polímeros requieren la ruptura de enlaces químicos, lo que disminuye la calidad de los polímeros durante el reciclaje. Los investigadores japoneses, con el profesor Daisuke Suzuki a la cabeza, proponen una estrategia de reciclaje para polímeros resistentes basada en micropartículas, que permite el reciclaje de materiales sin pérdida de sus propiedades. Las micropartículas de polímero se pueden usar para generar películas de polímero resistentes mediante el control de la reticulación física entre partículas y, posteriormente, se pueden reciclar a demanda descomponiéndolas en micropartículas individuales sin reacciones químicas. “Nuestro concepto puede conducir a la producción de películas totalmente reciclables con alta energía de fractura. Por tanto, permitirá reciclar enormes cantidades de diversos materiales poliméricos, reduciendo así los residuos plásticos y resolviendo potencialmente los problemas de degradación medioambiental y contaminación por plásticos”, asegura Suzuki, en los resultados de la investigación.

 

Especialmente en el caso de los materiales poliméricos, los productos reciclables y disponibles en el mercado que pueden reciclarse sin que se vean afectadas sus propiedades, como las botellas de tereftalato de polietileno (PET), son limitados. Recientemente, se ha prestado mucha atención a investigaciones que exploren la posibilidad de reciclar los polímeros sin pérdida de sus propiedades (reciclado de bucle cerrado). Aunque se han propuesto varios métodos para convertir polímeros en monómeros, como la descomposición térmica y el uso de enlaces covalentes dinámicos, estos métodos aún requieren monómeros diseñados a la medida, procesos de purificación complicados y los costes de fabricación suelen ser muy altos, superiores a los de los polímeros convencionales.

 

Las micropartículas de polímeros, cuyo tamaño oscila entre decenas de nanómetros y varios micrómetros se encuentran normalmente suspendidas en agua. Por lo general, se sintetizan en un sistema acuoso y, por lo tanto, generalmente se consideran materiales ecológicos. Tales micropartículas de polímeros pueden transformarse en películas a través de la evaporación de solventes y son de importancia crucial en la industria de polímeros; por ejemplo, en adhesivos, pinturas y procesamiento de papel. En general, las propiedades mecánicas de las películas poliméricas compuestas por micropartículas son bajas debido a la presencia de regiones de fractura, como interfaces de partículas unidas por enlaces no covalentes. Por lo tanto, se requieren varios aditivos que incluyen plastificantes, así como modificaciones posteriores a la polimerización para crear redes de reticulación química que dan como resultado materiales mecánicamente estables, pero que no se pueden descomponer después de su uso. Hasta ahora, se ha creído que es difícil obtener películas de micropartículas mecánicamente estables sin unión química en la interfaz.

 

Los científicos japoneses autores de este nuevo estudio han descubierto que “los polímeros duros se forman mediante la simple evaporación del agua a partir de dispersiones de partículas sin reticulación química entre las micropartículas, y el reciclaje basado en micropartículas de los materiales poliméricos duros se puede lograr sin pérdida de propiedades mecánicas de los polímeros. Nuestros resultados experimentales indican que las películas de polímeros mecánicamente estables están compuestas completamente de micropartículas a base de poliacrilato y se pueden preparar sin enlace químico en las interfaces de las partículas, siendo posible desarmarlas en micropartículas individuales mediante el control reversible de la reticulación física, lo que permite la circulación de recursos no solo para polímeros, sino también para otros recursos valiosos”.

 

En su estudio, los autores prepararon micropartículas poliméricas mediante la polimerización en emulsión acuosa de monómeros de acrilato de metilo (MA) en agua, lo que dio lugar a cadenas poliméricas. Estas se agregaron para formar una solución que contenía micropartículas esféricas uniformes de poli-MA. A continuación, la solución se secó para obtener una fina película de polímero con reticulación física (en lugar de química) entre las micropartículas, que pudo volver a obtenerse disolviendo la película en etanol. Estas micropartículas recicladas, a su vez, podrían reutilizarse para formar diversos materiales reciclados.

 

Los investigadores mejoraron aún más la energía de fractura de las películas poliméricas mezclando las micropartículas con nanorrellenos de sílice. Además, la adición de pigmentos coloreados dio a las películas compuestas resultantes propiedades ópticas sintonizables, que no disminuyeron tras el reciclado. Estos resultados sugieren que el reciclado en circuito cerrado basado en micropartículas poliméricas permitirá la circulación de recursos para polímeros, así como otros muchos materiales compuestos que contienen micropartículas poliméricas para crear interfaces adherentes entre sus distintas capas.