Desarrollan un plástico que se puede reciclar una y otra vez sin perder sus propiedades

Investigadores del Berkeley Lab, en EE.UU., aseguran haber obtenido un material totalmente circular, cuyos monómeros pueden recuperarse libres de cualquier aditivo para su reutilización en la fabricación de nuevos productos plásticos.

Ligero pero resistente, el plástico es un material excelente, hasta que llega el final de su vida útil. Debido a que los plásticos contienen diversos aditivos, como colorantes, rellenos o retardantes de llama, muy pocos pueden reciclarse sin pérdida de rendimiento o estética. Incluso el plástico más reciclable, el PET (tereftalato de polietileno) solo se recicla a una tasa del 20-30%, y el resto suele ir a incineradoras o vertederos, donde el material rico en carbono puede tardar siglos en descomponerse.

Ahora, un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab), del Departamento de Energía de los Estados Unidos, ha diseñado un plástico reciclable que, como un juego de Lego, se puede desmontar en sus partes constituyentes a nivel molecular, y luego volver a ensamblar en una forma, textura y color diferentes una y otra vez sin pérdida de rendimiento o calidad. El nuevo material, llamado poli(dicetoenamina) o PDK, se ha dado a conocer en un artículo publicado en la revista Nature Chemistry.

«La mayoría de los plásticos nunca fueron hechos para ser reciclados», dice el autor principal del estudio Peter Christensen, un investigador postdoctoral del Molecular Foundry de Berkeley Lab . «Pero hemos descubierto una nueva forma de ensamblar plásticos que tiene en cuenta el reciclaje desde una perspectiva molecular«. Christensen formó parte de un equipo multidisciplinario dirigido por Brett Helms , científico del Molecular Foundry de Berkeley Lab.

Todos los plásticos, desde botellas de agua hasta partes de automóviles, están formados por moléculas grandes llamadas polímeros, que se componen de unidades repetitivas de compuestos más cortos que contienen carbono llamados monómeros.

Según los investigadores, el problema con muchos plásticos es que los productos químicos agregados para hacerlos útiles, como los rellenos que hacen que un plástico sea duro o los plastificantes que hacen que sea flexible, están estrechamente unidos a los monómeros y permanecen en el plástico incluso después de ser procesado en una planta de reciclaje.

Durante el procesamiento en muchas de esas plantas, los plásticos con diferentes composiciones químicas (plásticos duros, plásticos elásticos, plásticos transparentes, plásticos de color…) se mezclan y se muelen en trozos. Cuando esa mezcla de plásticos cortados se funde para crear un nuevo material, es difícil predecir qué propiedades heredará de los plásticos originales.

Esta herencia de propiedades desconocidas y, por lo tanto impredecibles, ha evitado que el plástico se convierta en lo que muchos consideran el Santo Grial del reciclaje: un material «circular» cuyos monómeros originales pueden recuperarse para su reutilización durante el mayor tiempo posible, o reciclarse para hacer un nuevo producto de mayor calidad (lo que se conoce como upcycling o «supraciclaje»).

Así, cuando una bolsa de la compra reutilizable hecha con plástico reciclado se desgasta con el uso, no se puede «supraciclar» o incluso reciclar para hacer un nuevo producto. Y una vez que la bolsa ha llegado al final de su vida útil, se incinera para producir calor, electricidad o combustible, o termina en un vertedero, según explica Helms.

«Los plásticos circulares y el reciclaje de plásticos son grandes desafíos», dice. «Ya hemos visto el impacto de los residuos plásticos que se filtran en nuestros ecosistemas acuáticos, y es probable que esta tendencia se vea agravada por las crecientes cantidades de plásticos que se fabrican y la presión que ejerce aguas abajo sobre nuestra infraestructura de reciclaje municipal».

Monómeros reciclados libres de aditivos

Los investigadores quieren desviar los plásticos de los vertederos y los océanos incentivando la recuperación y reutilización de estos materiales, lo que podría ser posible con polímeros formados a partir de PDK. «Con los PDK, los enlaces inmutables de los plásticos convencionales se reemplazan con enlaces reversibles que permiten que el plástico se recicle de manera más efectiva», dijo Helms.

A diferencia de los plásticos convencionales, los monómeros de plástico PDK podrían recuperarse y liberarse de cualquier aditivo compuesto simplemente sumergiendo el material en una solución altamente ácida. El ácido ayuda a romper los enlaces entre los monómeros y los separa de los aditivos químicos que dan apariencia y sensación al plástico.

«Estamos interesados ​​en la química que redirige los ciclos de vida del plástico de lineal a circular», dijo Helms. «Vemos la oportunidad de marcar la diferencia en donde no hay opciones de reciclaje». Esto incluye adhesivos, fundas para teléfonos, correas de reloj, zapatos, cables de ordenador y termoestables duros que se crean al moldear material plástico caliente.

Los investigadores descubrieron la esta propiedad circular de los plásticos basados ​​en PDK cuando Christensen estaba aplicando varios ácidos a la cristalería utilizada para hacer adhesivos PDK, y notaron que la composición del adhesivo había cambiado. Interesado por la forma en que podría haberse transformado el adhesivo, Christensen analizó la estructura molecular de la muestra con un instrumento de espectroscopia de RMN (resonancia magnética nuclear). «Para nuestra sorpresa, eran los monómeros originales», dice Helms.

Después de probar varias formulaciones, demostraron que los ácidos no solo descomponen los polímeros PDK en monómeros, sino que el proceso también permite que los monómeros se separen de los aditivos entrelazados.

A continuación, demostraron que los monómeros PDK recuperados pueden transformarse en polímeros, y esos polímeros reciclados pueden formar nuevos materiales plásticos sin heredar el color u otras características del material original, de modo que, por ejemplo, la correa rota de un reloj podría encontrar una nueva vida. También se podría «supraciclar» el plástico agregando características adicionales, como la flexibilidad.

Hacia un futuro plástico circular

Los investigadores creen que su nuevo plástico reciclable podría ser una buena alternativa a muchos plásticos no reciclables usados hoy día.

«Estamos en un punto crítico en el que tenemos que pensar en la infraestructura necesaria para modernizar las instalaciones de reciclaje para la clasificación y el procesamiento de residuos en el futuro», dice Helms. «Si estas instalaciones estuvieran diseñadas para reciclar o ‘supraciclar’ PDK y plásticos relacionados, entonces podríamos desviar más efectivamente el plástico de los vertederos y los océanos. Este es un momento emocionante para comenzar a pensar cómo diseñar los materiales y las instalaciones de reciclaje para permitir plásticos circulares», concluye Helms.

Ahora los investigadores planean desarrollar plásticos PDK con una amplia gama de propiedades térmicas y mecánicas para aplicaciones tan diversas como textiles, impresión 3D y espumas. Además, buscan expandir las formulaciones incorporando materiales de origen vegetal y otras fuentes sostenibles.