I materiali plastici multistrato sono onnipresenti negli imballaggi per alimenti e forniture mediche, soprattutto perché i polimeri da stratificazione possono conferire a quei film proprietà specifiche, come la resistenza al calore o il controllo dell'ossigeno e dell'umidità. Ma nonostante la loro utilità, quelle plastiche onnipresenti sono impossibili da riciclare con i metodi convenzionali.

Circa 100 milioni di tonnellate di materiali termoplastici multistrato, ciascuno composto da ben 12 strati di polimeri diversi, vengono prodotti a livello globale ogni anno. Il quaranta percento di quel totale è scarto del processo di produzione stesso, e poiché non c'è stato modo di separare i polimeri, quasi tutta quella plastica finisce nelle discariche o negli inceneritori.

Ora, Gli ingegneri dell'Università del Wisconsin-Madison hanno aperto la strada a un metodo per recuperare i polimeri in questi materiali utilizzando solventi, una tecnica che hanno soprannominato elaborazione di recupero e precipitazione mirata al solvente (STRAP). Il loro proof-of-concept è dettagliato oggi (20 novembre, 2020) sulla rivista Progressi scientifici .

Utilizzando una serie di lavaggi con solvente guidati da calcoli termodinamici della solubilità del polimero, I professori di ingegneria chimica e biologica della UW-Madison George Huber e Reid Van Lehn e i loro studenti hanno utilizzato il processo STRAP per separare i polimeri in una plastica commerciale composta da materiali di stratificazione comuni polietilene, alcool etilico-vinilico, e polietilene tereftalato.

Il risultato? I polimeri separati appaiono chimicamente simili a quelli utilizzati per realizzare la pellicola originale.

Il team ora spera di utilizzare i polimeri recuperati per creare nuovi materiali plastici, dimostrando che il processo può aiutare a chiudere il ciclo di riciclaggio. In particolare, potrebbe consentire ai produttori di plastica multistrato di recuperare il 40% dei rifiuti di plastica prodotti durante i processi di produzione e confezionamento.

"Lo abbiamo dimostrato con una plastica multistrato, " dice Huber. "Dobbiamo provare altre plastiche multistrato e dobbiamo scalare questa tecnologia".

All'aumentare della complessità delle plastiche multistrato, così come la difficoltà di identificare i solventi che possono dissolvere ciascun polimero. Ecco perché STRAP si basa su un approccio computazionale utilizzato da Van Lehn chiamato Conductor-like Screening Model for Realistic Solvents (COSMO-RS) per guidare il processo.

COSMO-RS è in grado di calcolare la solubilità dei polimeri target in miscele di solventi a temperature variabili, restringendo il numero di potenziali solventi che potrebbero dissolvere un polimero. Il team può quindi esplorare sperimentalmente i solventi candidati.

"Questo ci permette di affrontare questi sistemi molto più complessi, che è necessario se hai davvero intenzione di intaccare il mondo del riciclaggio, "dice Van Lehn.

L'obiettivo è alla fine sviluppare un sistema computazionale che consentirà ai ricercatori di trovare combinazioni di solventi per riciclare tutti i tipi di plastica multistrato. Il team spera anche di esaminare l'impatto ambientale dei solventi che utilizza e di stabilire un database di solventi ecologici che consentirà loro di bilanciare meglio l'efficacia, costi e impatto ambientale dei vari sistemi di solventi.

Il progetto nasce dall'esperienza di UW-Madison nella catalisi. Per decenni, i ricercatori di ingegneria chimica e biologica dell'università hanno aperto la strada a reazioni a base di solventi per convertire la biomassa, come il legno oi rifiuti agricoli, in sostanze chimiche utili o precursori di combustibili. Gran parte di questa esperienza si traduce anche nel riciclaggio di polimeri a base di solventi.

Il team sta continuando la sua ricerca sulla lavorazione di STRAP attraverso il Centro multiuniversitario di nuova costituzione sul riciclaggio chimico dei rifiuti di plastica, diretto da Huber. I ricercatori del centro finanziato dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti da 12,5 milioni di dollari stanno studiando diversi percorsi chimici per il recupero e il riciclaggio dei polimeri.