Una nuova classe di materiali polimerici riciclabili potrebbe un giorno contribuire a ridurre i rifiuti di plastica

Centinaia di milioni di tonnellate della plastica monouso finisce ogni anno nelle discariche, e anche la piccola percentuale di plastica che viene riciclata non può durare per sempre.Ma il nostro gruppo di scienziati dei materiali ha sviluppato un nuovo metodo per creare e scomporre i polimeri che potrebbero portare a plastiche riciclate più facilmente, ovvero plastiche che non richiedono di smistare attentamente tutto il riciclaggio il giorno della raccolta dei rifiuti.

Nel secolo trascorso dalla sua concezione, le persone sono arrivate a comprendere gli enormi impatti – benefici ma anche dannosi – che la plastica ha sulle vite umane e sull’ambiente.Come a gruppo di scienziati dei polimeri Dediti a inventare soluzioni sostenibili per problemi del mondo reale, abbiamo deciso di affrontare questo problema ripensando il modo in cui i polimeri sono progettati e producendo plastica con riciclabilità integrata.

Perché usare la plastica, comunque?

Gli oggetti di uso quotidiano, tra cui brocche per il latte, sacchetti della spesa, contenitori da asporto e persino corde, sono realizzati con una classe di polimeri chiamati poliolefine.Le poliolefine compongono tutto metà della plastica prodotti e smaltiti ogni anno.

Questi polimeri sono utilizzati nelle plastiche comunemente etichettate come HDPE, LLDPE o PP, o con i codici di riciclaggio n. 2, n. 4 e n. 5, rispettivamente.Queste plastiche sono incredibilmente resistenti perché legami chimici che li compongono sono estremamente stabili.Ma in un mondo orientato al consumo monouso, questa non è più una caratteristica di progettazione ma piuttosto un difetto di progettazione.

Immaginate se la metà della plastica utilizzata oggi fosse riciclabile con il doppio dei processi rispetto a oggi.Anche se ciò non porterebbe il tasso di riciclaggio al 100%, un salto da una sola cifra – attualmente circa il 9% – la doppia cifra inciderebbe notevolmente sulla plastica prodotta, sulla plastica accumulata nell’ambiente e sulla sua capacità di riciclo e riutilizzo.

Metodi di riciclaggio che abbiamo già

Anche la plastica che arriva ad un impianto di riciclaggio non può essere riutilizzato esattamente nello stesso modo in cui venivano utilizzati prima: il processo di riciclaggio degrada il materiale, quindi perde utilità e valore.Invece di produrre un bicchiere di plastica che viene declassato ogni volta che viene riciclato, i produttori potrebbero potenzialmente produrre la plastica una volta, raccoglierla e riutilizzarla ancora e ancora.

Il riciclaggio convenzionale richiede un’attenta selezione di tutti i materiali raccolti, che può essere difficile con così tante plastiche diverse.Qui negli Stati Uniti la raccolta avviene principalmente tramite riciclaggio a flusso singolo – tutto, dalle lattine di metallo alle bottiglie di vetro, dalle scatole di cartone ai bicchieri di plastica, finisce nello stesso contenitore.Separare la carta dal metallo non richiede una tecnologia complessa, ma separare un contenitore in polipropilene da una brocca per il latte in polietilene è difficile senza commettere errori occasionali.

Quando due diverse materie plastiche vengono mescolate insieme durante il riciclaggio, le loro proprietà utili si riducono enormemente, al punto da rendendoli inutili.

Ma supponiamo che tu possa riciclare una di queste plastiche con un metodo diverso, in modo che non finisca per contaminare il flusso di riciclaggio.Quando mescolavamo campioni di polipropilene con un polimero da noi prodotto, lo facevamo ancora in grado di depolimerizzare – o scomporre il materiale – e recuperare i nostri elementi costitutivi senza intaccare chimicamente il polipropilene.Ciò indicava che un flusso di rifiuti contaminati poteva ancora recuperare il suo valore e il materiale in esso contenuto poteva essere riciclato, meccanicamente o chimicamente.

La plastica di cui abbiamo bisogno, ma più riciclabile

In uno studio pubblicato nell’ottobre 2023, il nostro team ha sviluppato una serie di polimeri con solo due semplici elementi costitutivi – un polimero morbido e un polimero duro – che imitavano le poliolefine ma potevano anche essere riciclati chimicamente.

Collegando insieme due diversi polimeri più volte finché non formano un'unica, lunga molecola si crea quella che viene chiamata a polimero multiblocco.Semplicemente modificando la quantità di ciascun tipo di polimero che entra nel polimero multiblocco, il nostro team ha creato un’ampia gamma di materiali con proprietà che abbracciano tutti i tipi di poliolefine.Ma creare questi polimeri multiblocco è più facile a dirsi che a farsi.

Per collegare questi polimeri duri e morbidi, noi adattato una tecnica che in precedenza era stato utilizzato solo su molecole molto piccole.Questo metodo è migliorato rispetto ai metodi tradizionali di produzione di polimeri passo dopo passo, sviluppati negli anni '20, in cui i gruppi reattivi all'estremità delle molecole devono essere esattamente abbinati.

Nel nostro metodo, i gruppi reattivi ora sono uguali tra loro, il che significa che non dobbiamo preoccuparci di accoppiare le estremità di ciascun elemento costitutivo per creare polimeri che possano competere con le poliolefine che già utilizziamo.Utilizzando la stessa strategia, applicata al contrario aggiungendo idrogeno, potremmo scollegare nuovamente i polimeri nei loro elementi costitutivi e separarli facilmente per riutilizzarli.

Con un quasi raddoppiare l’uso annuale di plastica Secondo le proiezioni fino al 2050, la complessità e la quantità del riciclo della plastica non potranno che aumentare.È una considerazione importante quando si progettano nuovi materiali e prodotti.

Usare solo due elementi costitutivi per produrre materie plastiche con un’enorme varietà di proprietà può contribuire notevolmente a ridurre e razionalizzare il numero di plastiche diverse utilizzate per realizzare i prodotti di cui abbiamo bisogno.Invece di aver bisogno di una plastica per rendere qualcosa di flessibile, di un’altra per qualcosa di rigido e di una terza, quarta e quinta per le proprietà intermedie, potremmo controllare il comportamento della plastica semplicemente modificando la quantità di ciascun elemento costitutivo presente.

Anche se stiamo ancora cercando di rispondere ad alcune grandi domande su questi polimeri, riteniamo che questo lavoro sia un passo nella giusta direzione verso plastiche più sostenibili.

Lo eravamo in grado di creare materiali che imitano le proprietà della plastica su cui fa affidamento il mondo, e il nostro obiettivo è ora quello di creare composizioni di plastica che non sarebbe possibile ottenere con i metodi esistenti.