Plásticos que se degradan indefinidamente

Investigadores del Lawrence Berkeley National Laboratory, en Berkeley, California, Estados Unidos, presentaron en la edición del 11 de mayo de 2109 de Nature Chemistry el desarrollo de un nuevo tipo de plástico que puede ser reciclado una y otra vez y convertido en nuevos materiales de cualquier color y forma. Denominado polidicetonamina o PKD, este nuevo plástico puede ser degradado a nivel molecular.

Los plásticos que utilizamos hoy contienen aditivos, sustancias que los hacen más resistentes, elásticos, coloridos o transparentes. El problema con estos aditivos es que tienen diferentes compuestos químicos y es muy difícil separarlos de sus monómeros, lo cual evita que los plásticos sean reciclables.

Además, los artículos de plástico reciclado tienen un valor muy bajo debido a sus impurezas residuales y al empobrecimiento de las propiedades de los polímeros en cada ciclo del reciclaje.

Sin embargo, los plásticos que se someten a una polimerización reversible permiten que se recuperen monómeros de alta calidad con los que se podrían fabricar nuevos plásticos pero sin los colores ni las otras características del material original, lo que podría llevar a un plástico reciclable indefinidamente.

Con este descubrimiento, la siguiente generación de plásticos permitirá la recuperación de los monómeros que pueden ser re manufacturados en la misma formulación de polímeros o con otras formulaciones con diferentes propiedades y sin pérdida de su rendimiento.

La facilidad con la que los polidicetonaminas se pueden re manufacturar, usar, reciclar y reusar –sin que pierdan su valor- apunta a una nueva dirección en el diseño de polímeros sustentables con impactos mínimos en el medio ambiente.

Brett Helms, jefe del grupo de investigadores, expresó que con los monómeros PDK los enlaces de los plásticos convencionales son reemplazados por enlaces reversibles que permiten que el plástico sea reciclado de manera más efectiva, y espera que con este nuevo material se reduzcan en gran parte las descargas de plásticos al medio ambiente, tanto terrestre como marino.

En un futuro cercano, los investigadores planean desarrollar PDK con diversas propiedades térmicas y mecánicas para fabricar textiles, impresiones 3D y hule espuma, mientras incorporan materiales vegetales y de otras fuentes sustentable para hacerlos más ecológicos.

“La persistencia de los materiales plásticos en el medio ambiente ha permitido que se acumulen en los rellenos sanitarios y que se deterioren muchos ecosistemas y, peor aún, que se generen ambientes tóxicos y de mortandad para muchas especies, particularmente en el hábitat marino”, expresó Amelia Farrés González Sarabia, investigadora de la Facultad de Química de la UNAM. “La solución al problema no es fácil y debe ser multidisciplinaria, incorporando a todos los actores: industria productora, consumidores y gobiernos”.

Ahora bien, agregó, la degradación de cada tipo de plástico requiere una estrategia diferente por la naturaleza química heterogénea de los monómeros que los componen. Además, en su fabricación se emplean aditivos como plastificantes, colorantes, retardantes de flama, que complican aún más la degradación de la matriz.

Una solución radical, a mediano o largo plazo, es emplear moléculas que se degraden con más facilidad, de las cuales se puedan recuperar sus monómeros en procesos sencillos, económicos y amigables con el medio ambiente, explica la investigadora.

“Y esta es la alternativa que plantea Helms con su equipo, quienes parten de un enfoque de síntesis química denominado Química Click, que surgió entre un grupo de químicos, dirigidos por Barry Sharpless, del The Scripps Research Institute (TSRI), tras observar que los polímeros naturales contienen enlaces entre carbonos y heteroátomos o C-x-C”, dijo.

El grupo de Sharpless  postula que es posible desarrollar numerosos compuestos de este tipo usando agua como solvente y métodos no cromatográficos de separación, como la destilación o cristalización.

“Al mezclar dos tipos de moléculas, aminas y tricetonas, el equipo de Helms desarrolló los polímeros PDK, a los que se les conoce como vitrímeros, a diferencia de los termoplásticos, como el PET”.

Agregó que la principal aportación del grupo de Helms es que los enlaces químicos de los vitrímeros se pueden romper sumergiéndolos durante doce horas en una solución acuosa ácida.

Rotos los enlaces, es factible recuperar los monómeros y con ellos volver a formar el mismo polímero o polímeros semejantes. Esta recuperación se puede lograr incluso en mezclas de PDK con plásticos contaminantes, como PET, PVC,  ya que éstos no se degradan en estas condiciones, o si las mezclas son de PDK con aditivos.

Lo anterior es importante porque las dificultades de separar plásticos de diferentes tipos crean un gran problema para la industria de reciclado, al dañar los catalizadores y disminuir rendimientos.

Sin embargo, aclara: “El problema es que estos experimentos se han llevado a cabo a escala muy pequeña, de gramos; habrá que ver las dificultades con las que se tropiecen al escalarlo. Desde luego, ofrecen ventajas que no se han visto en la degradación de otro tipo de polímeros que requieren condiciones de alta temperatura o catalizadores, químicos o enzimáticos muy específicos, no amigables con el medio ambiente”.

“Los PDK constituyen, al día de hoy, los materiales ideales para generar  el círculo cerrado postulado por la economía circular para reutilizar todas las materias primas, evitar la pérdida de calidad de los materiales producidos en cada etapa del reciclaje, evitar desechos y no emplear materiales o procesos no amigables con el medio ambiente”.

“Esto puede tardar un tiempo, pero la promesa está allí”, finalizó la académica puma quien en 2017 presentó un método a partir de una enzima que degrada el PET en sólo dos semanas.