La sostenibilità della plastica ha fatto molta strada negli ultimi anni grazie in gran parte ai progressi scientifici. Ma anche se la plastica diventa sempre più rispettosa dell'ambiente, il mondo continua ad essere inquinato poiché molte industrie si affidano a loro per i loro prodotti ampiamente utilizzati.

L'ultima ricerca del Dr. Junpeng Wang, assistente professore presso la School of Polymer Science and Polymer Engineering della UA ha una soluzione per ridurre tali sprechi e aprire un percorso scientifico per un futuro più sostenibile che possa fare appello alla gomma, pneumatico, industrie automobilistiche ed elettroniche. Sebbene questo lavoro sia supportato da UA, Wang ha recentemente ottenuto un prestigioso premio alla CARRIERA della National Science Foundation che sosterrà gli sviluppi futuri di questa ricerca.

Il problema in questione:polimeri sintetici, compresi gomma e plastica, sono utilizzati in quasi ogni aspetto della vita quotidiana. Il predominio dei polimeri sintetici è in gran parte determinato dalla loro eccellente stabilità e dalle versatili proprietà meccaniche. Però, grazie alla loro elevata durata, materiali di scarto composti da questi polimeri si sono accumulati nella terra e negli oceani, causando gravi preoccupazioni per l'ecosistema.

Inoltre, poiché oltre il 90% di questi polimeri deriva da risorse naturali limitate, come petrolio e carbone, la produzione di questi materiali è insostenibile se non possono essere riciclati e riutilizzati.

Una soluzione promettente per affrontare le sfide della sostenibilità della plastica è sostituire i polimeri attuali con quelli riciclabili al fine di ottenere un uso circolare dei materiali. Nonostante i progressi finora compiuti, pochi polimeri riciclabili esibiscono l'eccellente stabilità termica e le proprietà meccaniche ad alte prestazioni dei polimeri tradizionali. I materiali riciclabili che Wang e il suo team hanno sviluppato sono unici per la stabilità termica superiore e le proprietà meccaniche versatili. Il loro articolo che spiega la ricerca, "Polimeri chimicamente riciclabili a base di metatesi di olefine abilitati da monomeri ad anello fuso, " è stato pubblicato la scorsa settimana da Chimica della natura .

"Siamo particolarmente interessati ai polimeri chimicamente riciclabili che possono essere scomposti nei costituenti (monomeri) di cui sono fatti, " dice Wang. "I monomeri riciclati possono essere riutilizzati per produrre i polimeri, consentendo un uso circolare dei materiali, che non solo aiuta a preservare le limitate risorse naturali utilizzate nella produzione di materie plastiche, ma affronta anche il problema dell'accumulo indesiderato di oggetti di plastica a fine vita."

La chiave nella progettazione di polimeri chimicamente riciclabili è identificare il giusto monomero. Attraverso un accurato calcolo computazionale, i ricercatori hanno identificato un monomero mirato. Hanno quindi preparato il monomero e i polimeri attraverso la sintesi chimica, utilizzando materiali di partenza abbondantemente disponibili.

Il gruppo di ricerca di Wang, inclusi studenti laureati in scienze dei polimeri e uno scienziato post-dottorato, mira ad affrontare queste sfide sviluppando polimeri che possono essere scomposti nelle loro parti costituenti. Quando il catalizzatore per la depolimerizzazione è assente o rimosso, i polimeri saranno altamente stabili e le loro proprietà termiche e meccaniche possono essere regolate per soddisfare le esigenze di varie applicazioni.

"I polimeri chimicamente riciclabili che abbiamo sviluppato mostrano un'eccellente stabilità termica e solide proprietà meccaniche e possono essere utilizzati per preparare sia la gomma che la plastica, " dice Wang. "Ci aspettiamo che questo materiale sia un candidato interessante per sostituire i polimeri attuali. Il nostro design molecolare è guidato dal calcolo, mettendo in evidenza il potere trasformativo dell'integrazione tra calcolo e lavoro sperimentale. Rispetto ad altri polimeri riciclabili che sono stati dimostrati, i nuovi polimeri che dimostriamo mostrano una stabilità molto migliore e proprietà meccaniche più versatili. Quando viene aggiunto un catalizzatore, il polimero può essere degradato nel monomero costituente per il riciclaggio."

Il prossimo passo per il gruppo di ricerca di Wang è espandere la portata dei polimeri chimicamente riciclabili e sviluppare compositi polimerici rinforzati con fibra di carbonio. Il team analizzerà anche le prestazioni economiche di questo processo industriale e l'analisi del ciclo di vita per la commercializzazione dei polimeri.