Ogni anno, 3,5 milioni di tonnellate di pannolini fradici finiscono nelle discariche.

Il materiale superassorbente all'interno di questi pannolini è costituito da una matrice di polimeri che si espandono una volta che l'umidità li colpisce. I polimeri sono una lunga catena di unità ripetitive, e in questo caso, il materiale assorbente nei pannolini è a base di polimero acido poliacrilico.

Un team dell'Università del Michigan ha sviluppato una tecnica per districare questi polimeri assorbenti e riciclarli in materiali simili agli adesivi appiccicosi utilizzati nelle note adesive e nelle bende. I loro risultati sono pubblicati in Comunicazioni sulla natura .

A grandi linee, il riciclaggio può essere raggruppato in riciclaggio meccanico e riciclaggio chimico.

"Il riciclaggio meccanico è ciò a cui la maggior parte delle persone pensa:si separano diverse plastiche in base alle loro identità, tagliarli a pezzetti, scioglierli e riutilizzarli, che abbassa la qualità del prodotto, " ha detto il chimico della UM Anne McNeil, autore corrispondente dell'articolo.

Il riciclaggio meccanico porta a materiali di qualità inferiore perché le materie plastiche di diverse aziende sono costruite in modo diverso:i polimeri possono avere lunghezze di catena diverse o alterati con additivi e coloranti diversi.

"Ci sono così tanti problemi, tutto di solito viene riciclato e finisce come fibre di tappeti o panchine, " ha detto McNeil, il cui laboratorio si concentra sul riciclo chimico della plastica. "Il riciclaggio chimico è questa idea di utilizzare la chimica e le trasformazioni chimiche per creare un materiale a valore aggiunto, o almeno un materiale prezioso quanto l'originale."

Le qualità che generalmente rendono desiderabili le materie plastiche, come robustezza e durata, sono anche responsabili della loro difficoltà di riciclaggio. In particolare, i polimeri sono difficili da scomporre perché sono tenuti insieme da legami stabili.

McNeil, professore di chimica e scienze e ingegneria macromolecolare, e Takunda Chazovachii, che si è recentemente laureato alla U-M con il suo dottorato in chimica dei polimeri, ha lavorato con Procter &Gamble per sviluppare un processo in tre fasi che trasforma i polimeri superassorbenti in un materiale riutilizzabile, in questo caso, adesivi. Il metodo doveva essere efficiente dal punto di vista energetico e in grado di essere implementato su scala industriale.

"I polimeri superassorbenti sono particolarmente difficili da riciclare perché sono progettati per resistere alla degradazione e trattenere l'acqua in modo permanente, " Chazovachii ha detto. "I polimeri superassorbenti e gli adesivi sono entrambi derivati ​​dall'acido acrilico. Questa origine comune ha ispirato la nostra idea di riciclaggio".

I polimeri in materiali superassorbenti sembrano una rete da pesca a trama larga, McNeil dice, tranne che al posto di una rete a nido d'ape, questi polimeri hanno una reticolazione ogni 2, 000 unità, che è più che sufficiente per creare una struttura di rete insolubile. Per riciclare questi materiali, i ricercatori avevano bisogno di trovare un modo per scollegare il polimero di rete in catene solubili in acqua. Chazovachii ha scoperto che quando questi polimeri vengono riscaldati in presenza di acido o base, i loro legami incrociati sono interrotti.

I ricercatori avevano anche bisogno di determinare se questi processi sarebbero stati fattibili su scala industriale. Collaboratori Madeline Somers, un assistente di ricerca presso l'UM Graham Sustainability Institute, e José Alfaro, un ricercatore presso la U-M School for Environment and Sustainability, eseguito una valutazione del ciclo di vita. Hanno appreso che l'utilizzo di questo metodo acido per de-reticolazione dei polimeri avrebbe mostrato un potenziale di riscaldamento globale 10 volte inferiore, basato sul rilascio di anidride carbonica, e richiederebbe 10 volte meno energia rispetto all'utilizzo di un approccio mediato dalla base.

Prossimo, i ricercatori avevano bisogno di accorciare le lunghe catene di polimeri all'interno del materiale per produrre diversi tipi di adesivi. Chazovachii realizzò che la sonicazione, usando minuscole bolle d'aria che esplodevano per rompere le catene polimeriche, poteva tagliare le catene in pezzi senza modificare le proprietà chimiche delle catene.

"Ciò che ci è piaciuto molto di questo metodo è che si tratta di un processo meccanico delicato e semplice, " ha detto. " Rompe il polimero ma lascia i suoi mattoni, o gruppi acidi, intatto, quindi puoi effettivamente fare altre reazioni con esso."

Finalmente, Chazovachii, assistito dal professore di chimica Paul Zimmerman e dal suo allievo Michael Robo, convertito gruppi acidi sulle catene polimeriche in gruppi estere. Questo cambia le proprietà da solubile in acqua a solubile organico, e diventano appiccicosi, come un adesivo. Un bonus extra:il reagente utilizzato in questa reazione, che funge anche da solvente, potrebbero essere riciclati e riutilizzati. Dopo aver testato le proprietà adesive, Chazovachii si rese conto che la sonicazione non era necessaria per colpire un tipo di adesivi, semplificando ulteriormente l'approccio.

Finalmente, i ricercatori avevano bisogno di dimostrare che lo sviluppo di adesivi da polimeri riciclati era più facile sul pianeta rispetto alla produzione di adesivi dal petrolio, il percorso tipico. Confrontando il loro percorso verso gli adesivi con quello convenzionale, gli autori hanno scoperto che c'è una riduzione del 22% del potenziale di riscaldamento globale e una riduzione del 25% di energia per il percorso che utilizza pannolini riciclati.

I ricercatori affermano di lavorare con pannolini già puliti, ma stanno sorgendo aziende che puliscono i pannolini usati, come FaterSMART, affiliata di Procter &Gamble. Inoltre, Chazovachii dice che le condizioni del riciclaggio chimico ucciderebbero tutti i batteri sopravvissuti.

McNeil dice che spera che i chimici sintetici che lavorano alla creazione di reazioni per piccole molecole rivolgano la loro attenzione ai polimeri.

"Questo è solo un foglio, ma ho spostato la maggior parte della mia ricerca in questa direzione perché penso che sia un'opportunità davvero aperta per i chimici di sintesi per avere un impatto su un problema del mondo reale, " ha detto McNeil. "Voglio che più persone pensino a questo perché il problema globale della plastica è così grande e i chimici possono svolgere un ruolo davvero importante nel reinventare ciò che facciamo con questi rifiuti".