Non è necessario ricordare che la produzione e l’inquinamento da plastica sono aumentati costantemente nel corso degli anni:le prove sono ovunque intorno a noi. E se potessimo riciclare la plastica in un modo veramente sostenibile?
Questa stessa domanda è stata sollevata da Reika Katsumata, assistente professore e Ph.D. studente Autumn Mineo del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Polimeri (PSE) presso il College of Natural Sciences, che sta sperimentando il riciclaggio dei polimeri per identificare nuove sostanze chimiche e tecnologie rispettose dell'ambiente per il ritrattamento dei polimeri.
La loro ricerca è pubblicata sulla rivista Angewandte Chemie International Edition .
A tutti noi piacerebbe pensare che, nonostante i nostri migliori sforzi per evitare oggetti non riciclabili, la tazza di polistirolo che occasionalmente gettiamo nella spazzatura potrebbe alla fine essere ricostituita in una tazza nuova di zecca con un impatto ambientale minimo o nullo, ma il processo di riciclaggio è più complicato di così.
Il riciclaggio meccanico si basa su temperature e condizioni di lavorazione rigide per reinventare flussi selezionati di rifiuti post-consumo come nuovi prodotti. L'esposizione ripetuta a queste condizioni provoca la rottura del materiale nel tempo e un corrispondente peggioramento delle proprietà del materiale, un risultato spesso definito "downcycling".
In alternativa, alcuni polimeri possono essere scomposti e riformati chimicamente, migliorando la longevità del ciclo e la robustezza del materiale. Tuttavia, il riciclo chimico non è possibile per molti dei polimeri di base utilizzati oggi.
Katsumata e il suo team hanno cercato di creare un processo più sostenibile per il riciclaggio e il ritrattamento dei polimeri attraverso la cosiddetta chimica di addizione-frammentazione-trasferimento (AFT), un campo incentrato sulle reazioni di scambio di legami basati sui radicali. "Le plastiche di tutti i giorni sono grandi molecole chiamate polimeri, composte da unità ripetitive, o 'monomeri'", ha spiegato Katsumata. "Molti polimeri non possono essere scomposti e riformati chimicamente, perché i singoli legami carbonio-carbonio che tengono insieme i monomeri sono relativamente stabili."
Per risolvere questo problema di stabilità, i ricercatori PSE hanno sviluppato un additivo che copolimerizza con monomeri convenzionali e genera unità della catena principale che possiedono la capacità di scambiarsi attraverso la chimica AFT.
"Questo collegamento dinamico può favorire sia la scissione (o separazione) del polimero che l'estensione del polimero per completare il riciclaggio a circuito chiuso", ha affermato Katsumata. "Inoltre, la natura dinamica del nostro additivo facilita altre modifiche chimiche con il potenziale di "riciclo" o aumento del valore del prodotto, prendendo i rifiuti di plastica di base e formando nuovi tipi di polimeri specializzati, come gli adesivi copolimerici a blocchi."
Questo lavoro ha identificato un nuovo monomero compatibile con i metodi esistenti di sintesi dei polimeri, che crea un legame dinamico tra le unità monomeriche che può essere sfruttato per scomporre la plastica dopo l’uso. Questi frammenti più piccoli di polimeri, chiamati oligomeri, rimangono reattivi e possono servire come punti di partenza da cui possono crescere nuovi polimeri.
Il team ha scoperto che il ciclo di scomposizione dei polimeri (scissione della catena) e di loro ricrescita (estensione della catena) può essere ripetuto e modificato per modificare l'entità della scissione e dell'estensione.
Un fattore chiave alla base di questa ricerca è stato il desiderio di stimolare l’innovazione. "La nostra ricerca ha fatto avanzare le conoscenze fondamentali della chimica AFT rivelando la reattività latente dopo la polimerizzazione", ha affermato Katsumata. "Inoltre, speriamo che il nostro lavoro abbia ispirato le industrie dei polimeri a investire in strategie di copolimerizzazione e altre tecnologie di riciclaggio, in particolare per quanto riguarda i prodotti poliolefinici."
Katsumata e il team PSE ritengono che questa ricerca possa fungere da base per nuovi metodi di riciclaggio e per l'identificazione di sostanze chimiche e tecniche rispettose dell'ambiente, offrendo uno sguardo a un futuro in cui la plastica e altri materiali impegnativi saranno gestiti in modo più sostenibile.
Ulteriori informazioni: Autumn M. Mineo et al, A Versatile Comonomer Additive for Radical Recyclable Vinyl-derived Polymers, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202316248
Informazioni sul giornale: Edizione Internazionale Angewandte Chemie
Fornito dall'Università del Massachusetts Amherst
