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Polymers

Un polímero fuerte y estable que puede reciclarse una y otra vez

Un tratamiento químico o térmico convierte el plástico en su monómero puro de nuevo

by Bethany Halford
April 26, 2018 | APPEARED IN VOLUME 96, ISSUE 18

 

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Credit: Bill Cotton/Colorado State University
El nuevo polímero reciclable creado en el laboratorio de Chen tiene fuerza mecánica similar a la de los plásticos más usados actualmente.

Desarrollar un polímero práctico que pueda descomponerse en su monómero y repolimerizarse una y otra vez ha sido un sueño perseguido por los fabricantes de plásticos y los defensores del reciclado. Un material así reduciría drásticamente la necesidad de materias primas vírgenes y mejoraría mucho el ciclo de vida de los plásticos. Aunque ya se habían conseguido polímeros que podían reciclarse repetidas veces, sus propiedades no eran tan buenas como las de los plásticos comúnmente usados — hasta ahora. Los químicos Eugene X.-Y. Chen, Jian-Bo Zhu, Eli M. Watson, y Jing Tang de la Colorado State University han creado un polímero reciclable con una fuerza mecánica y termoestabilidad comparable a las de los plásticos más populares.

Hace unos años, Chen y su grupo informaron de que eran capaces de crear un polímero a partir de la reacción de apertura de anillo de la γ-butirolactona – un éster cíclico de cinco carbonos, que se pensaba que era impermeable a la polimerización por razones termodinámicas. Pero ellos pensaron que podrían crear un polímero sostenible y reciclable usando este monómero, proveniente del azúcar. La reacción, que tuvo que hacerse a temperaturas de -40 ºC o inferiores, no era nada práctica a gran escala. Además, según Chen, “el polímero resultante tenía una termoestabilidad limitada, un peso molecular relativamente bajo, y también propiedades físicas y mecánicas que limitaban en gran medida su uso práctico”.

Chen y su equipo aún no estaban dispuestos a abandonar la γ-butirolactona. Trabajaron en mejorar el sistema y encontraron un informe de Osamu Haba y Hiroki Itabashi de la Universidad Yamagata en el que intentaron polimerizar un monómero hecho a partir de γ-butirolactona fusionada con un trans ciclohexano. Este monómero no produjo el polímero deseado, pero dio una ida al equipo de Chen: si cambiaban la posición del trans ciclohexano fusionado en la γ-butirolactona para formar un nuevo monómero tensado, que llamaron 3,4-T6GBL, podrían conseguir la polimerización y mejores propiedades del polímero.

Chen dice que la 3,4-T6GBL soluciona todos los problemas que tenía la polimerización de la γ-butirolactona sola. Mediante una cuidadosa selección y el uso de pequeñas cantidades de catalizadores, los químicos descubrieron que podrían polimerizar rápidamente la 3,4-T6GBL en un polímero lineal o cíclico (como se muestra) y que la reacción tenía lugar a temperatura ambiente y sin disolvente (Science 2018, DOI: 10.1126/science.aar5498).

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Credit: Jed Wilson
Los químicos Jian-Bo Zhu, Jing Tang, Eli Watson (de izquierda a derecha), en el laboratorio de Chen, desarrollaron un polímero reciclable.

Tras ello, se centraron en el estudio del polímero lineal, que cuenta con un peso molecular ultra-alto, por encima del millón de daltons. También es térmicamente estable y cristalino — dos características necesarias para competir con los plásticos comúnmente usados. Si los investigadores crean el polímero mediante un único enantiómero de 3,4-T6GBL y luego lo mezclan con un polímero hecho del enantiómero opuesto de la 3,4-T6GBL, esto da lugar un material con propiedades superiores al del polímero hecho a partir de un único enantiómero.

Para despolimerizar el material, los investigadores pueden tratarlo químicamente o con calor para recuperar de forma cuantitativa la 3,4-T6GBL en estado puro, lista para volver a polimerizarse. El enfoque térmico, cuenta Chen, requiere de temperaturas superiores a los 300ºC, y necesita de mucha energía. Pero al añadir un catalizador como el ZnCl2, se puede llevar a cabo a 120-180 ºC.

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“Este trabajo destaca la importancia del diseño de monómeros para la preparación de polímeros sostenibles,” comenta Marc A. Hillmyer, experto en polímeros de la Universidad de Minnesota, Twin Cities. Comenta que el grupo de Chen presenta una estrategia prometedora para fabricar polímeros sintéticos prácticos químicamente reciclables.

El grupo crea actualmente la 3,4-T6GBL a partir de anhídrido de ácido trans-1,2-ciclohexanocarboxílico comercialmente disponible, pero Chen comenta que sería muy caro a escala industrial. “Actualmente estamos desarrollando nuevas rutas efectivas en costes partiendo de fuentes biorenovables”, comenta. Chen y Zhu han solicitado una patente para este tipo de polímeros reciclables.

Traducción al español producida por Adrián Muñoz Mateo de Divulgame.org para C&EN. La versión original (en inglés) del artículo está disponible aquí.

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