Il riciclo chimico dei polimeri vinilici (VP) ampiamente utilizzati è una delle tecnologie chiave necessarie per realizzare una società sostenibile. A questo proposito, un team di ricercatori dell'Università di Shinshu ha recentemente segnalato un nuovo processo chimico che facilita la depolimerizzazione dei VP ciclici a base di stirene, con conseguente recupero di un precursore monomerico.
Questo sistema di riciclaggio chimico altamente efficiente può contribuire a un'efficace circolazione delle risorse e allo sviluppo di nuove tecnologie di riciclaggio della plastica.
I polimeri vinilici (VP) sono una delle materie plastiche più utilizzate. Si trovano ovunque, dai tubi in poli(cloruro di vinile) ai guanti chirurgici fino alle lastre di polistirolo usa e getta. Considerato l'appello globale a muoversi verso la sostenibilità, non sarebbe fantastico riciclare chimicamente questo polimero ampiamente utilizzato per realizzare una società sostenibile?
Recentemente, un team di ricercatori guidato dal professore associato Yasuhiro Kohsaka della Facoltà di Scienze e tecnologie tessili (FTST) e della Research Initiative for Supra-Materials (RISM), entrambi presso l'Università di Shinshu, ha intrapreso uno studio per trovare una via d'uscita per raggiungere questo obiettivo. .
Nella loro recente svolta pubblicata online in ACS Macro Letters e scritto in collaborazione con Yota Chiba del FTST dell'Università di Shinshu, il team ha presentato una nuova strategia per depolimerizzare in modo efficace i VP dei derivati ciclici dello stirene per recuperare un precursore monomerico.
Tradizionalmente, il riciclaggio chimico dei VP è sempre stato impegnativo. L'approccio convenzionale al riciclaggio di qualsiasi polimero consiste nell'invertire il processo di polimerizzazione, che comporta la rottura di un'unica grande molecola composta da unità monomeriche ripetitive fino ai suoi componenti monomerici principali.
La depolimerizzazione dei VP è difficile perché i legami covalenti carbonio-carbonio che tengono insieme le unità monomeriche sono molto stabili e, quindi, difficili da rompere. Gli studi hanno proposto modi per rompere la spina dorsale carbonio-carbonio dei VP, ma la maggior parte di essi non riesce a garantire una scissione quantitativa e selettiva (rottura del legame) della sua catena principale, che è cruciale per l'efficace recupero dei monomeri.
"I polimeri stabili hanno una scarsa riciclabilità e quelli facilmente riciclabili sono di natura instabile", afferma il dott. Kohsaka. "Abbiamo superato questo compromesso rinunciando alle strategie convenzionali che tentano di invertire la reazione di polimerizzazione per recuperare i monomeri e sviluppando un processo di riciclaggio in due fasi. Nella prima fase si è ottenuta la degradazione del polimero in un precursore monomerico, seguita da il recupero del monomero mediante modificazione chimica."
Il team ha scelto VP costituiti da derivati ciclici dello stirene α-sostituito, come il 3-metilene ftalide, come molecola per testare la riciclabilità chimica e studiare la reazione di apertura dell'anello dei gruppi pendenti in presenza di una base come l'idrossido di sodio. Hanno scoperto che l'apertura degli anelli dovuta alla saponificazione aumentava l'ingombro sterico attorno ai gruppi pendenti, il che portava alla scissione della catena principale e alla depolimerizzazione del VP in precursori monomerici.
Questi precursori recuperati sono stati poi convertiti in monomeri tramite clorurazione in un unico passaggio ed esterificazione intramolecolare spontanea. I ricercatori hanno inoltre scoperto che la stessa struttura monomerica ciclica che facilitava la depolimerizzazione era anche responsabile della promozione della polimerizzazione a causa del ridotto ostacolo sterico attorno al gruppo vinilidene. Questi risultati hanno portato i ricercatori a concludere che i derivati ciclici dello stirene α-sostituito possono potenzialmente riciclare sostanze chimiche.
A un livello più ampio, questo studio ha aperto nuove strade per la circolazione delle risorse, uno dei pilastri fondamentali di una società sostenibile, fornendo un metodo semplice di polimerizzazione e depolimerizzazione dei VP onnipresenti. I ricercatori ritengono che le loro scoperte possano fornire materiale utile per ulteriori ricerche non solo sulla depolimerizzazione dei materiali plastici ma anche sullo sviluppo di nuove plastiche riciclabili.
"Lo scopo della nostra ricerca era quello di contribuire allo sviluppo di un'efficiente tecnologia di riciclaggio della plastica, uno strumento di cui l'umanità ha disperatamente bisogno in un contesto di inquinamento ambientale causato dalla plastica. Anche se non possiamo rimuovere tutta la plastica già esistente su questo pianeta, possiamo almeno sfruttare al meglio le risorse di plastica a nostra disposizione con la nostra nuova strategia di riciclaggio chimico", conclude il dottor Kohsaka.
Ulteriori informazioni: Yota Chiba et al, Polimeri vinilici chimicamente riciclabili mediante polimerizzazione radicalica di derivati stirene ciclici, ACS Macro Letters (2023). DOI:10.1021/acsmacrolett.3c00573
Informazioni sul giornale: Lettere macro ACS
Fornito dall'Università di Shinshu
