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I chimici di Costanza hanno sviluppato una nuova classe di catalizzatori che consentono la produzione di dispersioni di polietilene direttamente in acqua. Ciò apre prospettive per la produzione ecologica e senza solventi di rivestimenti in plastica.
Il polietilene (PE) è uno dei più importanti tipi di plastica odierni. Viene utilizzato in un'ampia gamma di oggetti di uso quotidiano, dalle bottiglie di plastica alle pipe, ai rivestimenti per gli sci e ai giocattoli. Sotto forma di dispersioni di PE, costituisce anche la base per diversi rivestimenti e adesivi.
Il professor Stefan Mecking e il dottor Fei Lin del Dipartimento di Chimica dell'Università di Costanza hanno compiuto un grande passo avanti verso la produzione ecologica e senza solventi di rivestimenti in PE. Nel loro recente articolo nell'edizione internazionale della rivista Angewandte Chemie International Edition , i chimici descrivono una nuova classe di catalizzatori idrosolubili che consentono di produrre dispersioni di PE direttamente in acqua. Ciò elimina le fasi intermedie ad alta intensità energetica nella produzione di rivestimenti privi di solventi e di emissioni.
I solventi organici come standard del settore esistente
Per le loro caratteristiche tecniche e per i loro costi di produzione relativamente bassi, le materie plastiche sono diventate un materiale industriale essenziale. Sono costituiti da grandi molecole a catena lunga che, a seconda del tipo, possono anche essere polimeri ramificati e sono composte da molte unità ripetute formate da elementi costitutivi di base. Nel caso del polietilene, l'elemento costitutivo di base è l'etilene, un composto idrocarburico gassoso.
Catalizzatori chimici adatti vengono utilizzati per promuovere e accelerare il processo di polimerizzazione, in cui i singoli elementi costitutivi si collegano per formare grandi molecole polimeriche. Nella produzione di dispersioni di PE per rivestimenti, la polimerizzazione viene solitamente effettuata in solventi organici che vengono gradualmente sostituiti dall'acqua, richiedendo fasi aggiuntive sia tecnicamente complesse che ad alta intensità energetica.
Una nuova classe di catalizzatori
La ricerca e lo sviluppo stanno quindi cercando opzioni per produrre PE direttamente durante la polimerizzazione sotto forma di dispersione acquosa. Questo potrebbe quindi servire come base per rivestimenti privi di solventi e privi di emissioni in cui solo l'acqua evapora durante la formazione del film. Tuttavia, è difficile polimerizzare il PE direttamente in acqua. "Ciò richiede catalizzatori attivi nell'acqua ma, allo stesso tempo, non distrutti dall'acqua. La maggior parte dei catalizzatori tradizionali si decompone una volta entrati in contatto con l'acqua", spiega Stefan Mecking, professore di Scienza dei materiali chimici all'Università di Costanza.
Il dottor Fei Lin, ricercatore post-dottorato nel team di ricerca di Mecking e vincitore della borsa di studio Humboldt, ha scoperto un nuovo tipo di tale catalizzatore. Gli studi sono stati condotti nel contesto del progetto DEEPCAT di Stefan Mecking sostenuto da un Advanced Grant del Consiglio europeo della ricerca (ERC) dal 2019 per lo sviluppo di materie plastiche che possono essere degradate in modo ecologico. "Abbiamo sviluppato catalizzatori idrosolubili per la polimerizzazione dell'etilene che non solo sono rimasti stabili ma anche altamente attivi, sebbene siano stati a diretto contatto con l'acqua durante l'intera reazione chimica", afferma Fei Lin.
Mattoni per un processo di polimerizzazione più rispettoso dell'ambiente
In studi su scala di laboratorio i chimici sono stati in grado di dimostrare che, in acqua, i loro nuovi catalizzatori polimerizzano l'etilene per formare un gran numero di piccole particelle di PE con un elevato peso molecolare e linearità, il cosiddetto polietilene ad alta densità (HDPE). "Questo è decisivo per le caratteristiche finali dei rivestimenti prodotti sulla base di dispersioni di PE, e quindi per l'applicabilità del nostro metodo", afferma Stefan Mecking. I risultati relativi ai nuovi catalizzatori aprono quindi prospettive interessanti per i processi di polimerizzazione rispettosi dell'ambiente in generale e per la produzione efficiente di rivestimenti in PE privi di solventi e di emissioni in particolare. + Esplora ulteriormente
