Desarrollan polímeros reciclables para usar en impresoras 3D

El PCTE-Ph es un termoplástico termoestable con excelentes propiedades mecánicas, se puede procesar con los métodos habituales y es especialmente adecuado para la impresión 3D.

Las posibilidades de diseño de materiales y producción de componentes de plástico se están ampliando gracias a la tecnología de impresión 3D. Sin embargo, escasean los polímeros reciclables que cumplan los requisitos de rendimiento. En un artículo publicado en la revista Angewandte Chemie, un equipo de investigadores ha presentado una nueva clase de polímeros llamados politioenonas, que son reciclables mecánica y químicamente y adecuados para la impresión 3D. También presentan mejores propiedades mecánicas que las poliolefinas convencionales, gracias a un bloque especial con forma de anillo.

Mediante el modelado digital, las impresoras 3D pueden construir con precisión estructuras complejas capa por capa. La amplia personalización y la creación rápida de prototipos abren nuevas posibilidades en campos como la ingeniería biomédica, la fabricación de automóviles y el diseño de productos de consumo.

En la impresión 3D con el proceso de fabricación de filamento fundido (FFF), se presiona un material termoplástico en forma de hilo a través de una boquilla caliente, donde se funde. A continuación, se aplica en capas hasta producir el componente tridimensional deseado, con un desperdicio mínimo de material.

El inconveniente de este método es la falta de polímeros adecuados que puedan reciclarse. Por eso, los polímeros reciclables químicamente, que pueden dividirse en sus componentes básicos (monómeros) y repolimerizarse, ayudarían a reducir los problemas medioambientales derivados de los residuos plásticos de larga duración y a conservar las materias primas de origen fósil.

La síntesis de nuevos polímeros termoplásticos más reciclables empieza y termina con el diseño de los monómeros adecuados.

Un equipo dirigido por Will R. Gutekunst y H. Jerry Qi, del Instituto de Tecnología de Georgia (Atlanta, EE.UU.), ha desarrollado una nueva familia de monómeros: las tioenonas cíclicas (CTE), anillos formados por siete átomos de carbono y uno de azufre.

Los anillos contienen un doble enlace C=C y un grupo carbonilo (C=O) y pueden modificarse fácilmente añadiendo distintos grupos laterales. Los monómeros pueden polimerizarse mediante una reacción de apertura de anillos en la que los monómeros se añaden uno a uno al final de la cadena en crecimiento.

Conocida como adición thia-Michael, esta reacción es reversible, lo que significa que las poltioenonas (PCTE) resultantes pueden despolimerizarse de nuevo hasta el monómero de partida.

Uno de los polímeros sintetizados, el PCTE-Ph, resultó especialmente interesante. Se fabrica a partir de un monómero CTE con un anillo de carbono aromático de seis miembros (anillo fenilo) como grupo lateral. El PCTE-Ph es un termoplástico termoestable con excelentes propiedades mecánicas. Se le pueden incorporar colorantes y cargas, y se puede procesar con los métodos habituales. Este nuevo material es especialmente adecuado para la impresión 3D.

Los componentes impresos con este material pueden reciclarse mecánicamente simplemente fundiendo el material y procesándolo de nuevo, manteniendo sus ventajosas propiedades, como la resistencia a la tracción y la estabilidad térmica. Además, puede despolimerizarse catalíticamente hasta el monómero inicial con un rendimiento del 90%. Este monómero recuperado está entonces disponible para rondas adicionales de polimerización.