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Plastica riciclabile

29.04.2018

I chimici americani hanno sintetizzato un materiale polimerico che, in termini di proprietà meccaniche e stabilità termica, non è inferiore alle moderne plastiche. Il suo vantaggio è che questo materiale può essere riciclato in modo controllato, smantellato in singoli monomeri. I monomeri così ottenuti sono adatti per una nuova polimerizzazione, per cui tale materiale può essere utilizzato ripetutamente.

Uno dei principali vantaggi delle moderne materie plastiche è la loro durata e resistenza ai carichi meccanici esterni e ai piccoli sbalzi di temperatura. Tuttavia, il fatto che le proprietà chimiche e meccaniche delle materie plastiche non cambino molto nel tempo ha evidenti conseguenze negative.

È proprio a causa della sostenibilità della plastica che è quasi impossibile riciclarla, per cui inquina gradualmente il pianeta, si accumula negli oceani e interferisce con la vita degli ecosistemi marini. Pertanto, un compito importante della chimica moderna è la ricerca di tali materiali polimerici che, da un lato, abbiano le proprietà fisiche necessarie e, dall'altro, possano essere facilmente riciclati, dopodiché possono essere riutilizzati.

I chimici americani dell'Università del Colorado sotto la guida di Eugene Y.-X. Chen hanno sintetizzato un nuovo tipo di materiale polimerico che ha proprietà fisiche - densità, elasticità e stabilità termica - al livello della plastica moderna e può essere riutilizzato grazie ciclo di polimerizzazione e reazioni di depolimerizzazione inversa. Il monomero di questo composto era una molecola a base di gamma-butirrolattone, in cui due degli atomi di carbonio sono inoltre legati in una struttura ciclica nella conformazione trans. Un tale monomero può essere ottenuto abbastanza facilmente e in grandi quantità usando una sintesi a due stadi da reagenti disponibili in commercio.

Anche la successiva polimerizzazione del monomero è abbastanza semplice: a temperatura ambiente utilizzando una piccolissima quantità di catalizzatore (non più di un moli percento) e in pochi minuti. In questo caso si possono utilizzare due diversi tipi di catalizzatore. A seconda della scelta di uno di essi, si formerà uno dei due tipi di polimeri: a struttura lineare o ciclica. Il peso molecolare medio dei polimeri lineari variava da 0,5 a 1 megadalton e quello dei polimeri ciclici era di circa 80 kilodalton.

In tutte le loro caratteristiche - peso molecolare, stabilità termica e proprietà meccaniche, entrambi i tipi di polimero si sono rivelati molto vicini ai tipi di plastica attualmente utilizzati (inoltre, ciascuno dei polimeri può esistere in due conformazioni chirali, ma la miscela racemica di due enantiomeri aveva le migliori proprietà). Pertanto, la temperatura di fusione dei racemati sia dei polimeri ciclici che lineari era di circa 190 gradi Celsius, la temperatura di transizione vetrosa era di circa 50 gradi Celsius e il modulo di elasticità era di circa 2,7 gigapascal, che è paragonabile alle prestazioni della plastica moderna materiali, ad esempio polilattide biodegradabile.

Gli scienziati chiamano il principale vantaggio del polimero sintetizzato la possibilità della sua lavorazione multipla mediante depolimerizzazione, che può essere effettuata sia per termolisi a temperature superiori a 300 gradi Celsius, sia a temperature più moderate (circa 120 gradi Celsius) in presenza di cloruro di zinco ZnCl2. La resa delle reazioni di decomposizione era di circa il 97%. I monomeri formatisi durante la depolimerizzazione non differiscono nelle loro proprietà dallo stato iniziale e possono essere riutilizzati per ottenere il materiale polimerico desiderato.

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