Los termoestables, que incluyen epoxis, poliuretanos y hule usados para neumáticos, se encuentran en muchos productos que tienen que ser duraderos y resistentes al calor, como automóviles o electrodomésticos. Un inconveniente de estos materiales es que generalmente no pueden ser fácilmentereciclado o descompuesto después del uso, porque los enlaces químicos que los mantienen unidos son más fuertes que los que se encuentran en otros materiales como los termoplásticos.
Los químicos del MIT ahora han desarrollado una forma de modificar los plásticos termoendurecibles con un enlazador químico que hace que los materiales sean mucho más fáciles de descomponer, pero aún les permite retener la resistencia mecánica que los hace tan útiles.
En un estudio que aparece hoy en Naturaleza , los investigadores demostraron que podían producir una versión degradable de un plástico termoestable llamado pDCPD, descomponerlo en polvo y usar el polvo para crear más pDCPD. También propusieron un modelo teórico que sugiere que su enfoque podría ser aplicable auna amplia gama de plásticos y otros polímeros, como el caucho.
"Este trabajo revela un principio de diseño fundamental que creemos que es general para cualquier tipo de termoestable con esta arquitectura básica", dice Jeremiah Johnson, profesor de química en el MIT y autor principal del estudio.
Peyton Shieh, becario postdoctoral de la American Cancer Society en el MIT, es el primer autor del artículo.
Difícil de reciclar
Los termoestables son una de las dos clases principales de plásticos, junto con los termoplásticos. Los termoplásticos incluyen polietileno y polipropileno, que se usan para bolsas de plástico y otros plásticos de un solo uso, como envoltorios de alimentos. Estos materiales se fabrican calentando pequeñas bolitas de plásticohasta que se derritan, luego moldearlos en la forma deseada y dejar que se enfríen en un sólido.
Los termoplásticos, que representan alrededor del 75 por ciento de la producción mundial de plástico, pueden reciclarse calentándolos nuevamente hasta que se vuelvan líquidos, de modo que puedan transformarse en una nueva forma.
Los plásticos termoendurecibles se fabrican mediante un proceso similar, pero una vez que se enfrían de un líquido a un sólido, es muy difícil devolverlos a un estado líquido. Esto se debe a que los enlaces que se forman entre las moléculas de polímero son fuertes enlaces químicos llamadosenlaces covalentes, que son muy difíciles de romper. Cuando se calientan, los plásticos termoestables generalmente se queman antes de que puedan ser remodelados, dice Johnson.
"Una vez que se establecen en una forma determinada, están en esa forma para toda la vida", dice. "A menudo no hay una manera fácil de reciclarlos".
El equipo del MIT quería desarrollar una forma de retener los atributos positivos de los plásticos termoendurecibles, su resistencia y durabilidad, al tiempo que los hacía más fáciles de descomponer después del uso
En un artículo publicado el año pasado, con Shieh como autor principal, el grupo de Johnson informó sobre una forma de crear polímeros degradables para la administración de medicamentos, incorporando un bloque de construcción, o monómero, que contiene un grupo sililéter. Este monómero se distribuye aleatoriamente en todoel material, y cuando el material está expuesto a ácidos, bases o iones como el fluoruro, los enlaces silil éter se rompen.
El mismo tipo de reacción química utilizada para sintetizar esos polímeros también se utiliza para fabricar algunos plásticos termoendurecibles, incluido el polidiciclopentadieno pDCPD, que se utiliza para paneles de carrocería en camiones y autobuses.
Utilizando la misma estrategia de su artículo de 2019, los investigadores agregaron monómeros de silil éter a los precursores líquidos que forman pDCPD. Descubrieron que si el monómero de silil éter constituía entre el 7,5 y el 10 por ciento del material total, el pDCPD retendría su mecánicaresistencia pero podría descomponerse en un polvo soluble tras la exposición a iones de fluoruro.
"Esa fue la primera cosa emocionante que encontramos", dice Johnson. "Podemos hacer que el pDCPD sea degradable sin dañar sus útiles propiedades mecánicas".
Nuevos materiales
En la segunda fase del estudio, los investigadores trataron de reutilizar el polvo resultante para formar un nuevo material de pDCPD. Después de disolver el polvo en la solución precursora utilizada para hacer pDCPD, pudieron hacer nuevos termoestables de pDCPD a partir del polvo reciclado.
"Ese nuevo material tiene propiedades mecánicas casi indistinguibles, y de alguna manera mejoradas en comparación con el material original", dice Johnson. "Mostrar que puede tomar los productos de degradación y rehacer el mismo termoestable nuevamente usando el mismo proceso es emocionante."
Los investigadores creen que este enfoque general podría aplicarse también a otros tipos de química termoestable. En este estudio, demostraron que usar monómeros degradables para formar las hebras individuales de los polímeros es mucho más efectivo que usar enlaces degradables para "cruzar"-vincular "las hebras juntas, lo que se ha intentado antes. Creen que este enfoque de hebra escindible podría usarse para generar muchos otros tipos de materiales degradables.
Si se pueden encontrar los tipos correctos de monómeros degradables para otros tipos de reacciones de polimerización, este enfoque podría usarse para hacer versiones degradables de otros materiales termoestables como acrílicos, epoxis, siliconas o caucho vulcanizado, dice Johnson.
Los investigadores ahora esperan formar una empresa para licenciar y comercializar la tecnología. El MIT también ha otorgado a Millipore Sigma una licencia no exclusiva para fabricar y vender los monómeros de silil éter con fines de investigación.
Patrick Casey, consultor de nuevos productos en SP Insight y mentor del Centro Deshpande de Innovación Tecnológica del MIT, ha estado trabajando con Johnson y Shieh para evaluar la tecnología, incluida la realización de algunos modelos económicos preliminares y estudios de mercado secundarios.
"Hemos discutido esta tecnología con algunos de los principales actores de la industria, quienes nos dicen que promete ser buena para las partes interesadas a lo largo de la cadena de valor", dice Casey. "Los fabricantes de piezas obtienen un flujo de materiales reciclados de bajo costo; fabricantes de equipos, tales comocomo empresas automotrices, pueden cumplir sus objetivos de sostenibilidad y los recicladores obtienen un nuevo flujo de ingresos de los plásticos termoendurecibles. Los consumidores ven un ahorro de costos y todos nosotros obtenemos un medio ambiente más limpio ".
La investigación fue financiada por la National Science Foundation y los National Institutes of Health.
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