Gli scienziati trasformano i rifiuti di plastica in elastomeri sostenibili di alto valore

La sfida globale dei rifiuti di plastica, in particolare del polietilene tereftalato (PET) derivante da prodotti monouso che generano milioni di tonnellate all’anno, ha intensificato gli sforzi per trasformare questi rifiuti in materiali di maggior valore attraverso l’”upcycling”. Questo articolo esplora il potenziale scientifico e industriale dei poliesteri semi-aromatici riciclati chimicamente, in particolare dell'acido tereftalico derivato dal PET riciclato di basso valore (rPET), per la sintesi di elastomeri termoplastici avanzati (TPE).

I. Riciclaggio dei rifiuti di poliestere e sviluppo di materiali di alto valore

I rifiuti globali in PET provenienti da bottiglie e imballaggi necessitano di strategie di riciclaggio economicamente sostenibili, classificate in tre approcci:

• Riciclo primario:Riprocessamento di polimeri da soli o miscelati per prodotti secondari con requisiti prestazionali inferiori.
• Riciclaggio secondario:Ritrattamento termico/fisico in nuovi prodotti.
• Riciclaggio terziario:Depolimerizzazione tramite pirolisi o metodi chimici per recuperare monomeri.

Le richieste legislative di sostenibilità hanno guidato le innovazioni nel riciclo del PET. La ricerca si concentra sul recupero dell'acido tereftalico dall'rPET e sull'ottimizzazione dei processi per combinarlo con monomeri di origine biologica (ad esempio, glicole etilenico, butandiolo o dioli derivati ​​dal furano) e polieteri (PEG, PTHF) per creare materiali commercialmente validi.

II. Copolimeri a blocchi PBT-PTHF come TPE di nuova generazione

L'acido tereftalico derivato da rPET può sostituire il dimetil tereftalato (DMT) nella sintesi del polibutilene tereftalato (PBT) come segmenti duri per i TPE. Questi copolimeri a blocchi combinano segmenti duri cristallini (per stabilità termica) con segmenti amorfi morbidi (per flessibilità a bassa temperatura), consentendo applicazioni nel settore automobilistico e dei beni di consumo.

Questo studio introduce un processo in una sola fase in cui l'rPET reagisce con l'1,4-butandiolo (BDO) in presenza di PTHF per formare direttamente copolimeri a blocchi PBT-PTHF. Mentre i TPE basati su PBT dominano le applicazioni ingegneristiche grazie alla cristallizzazione più rapida rispetto alle alternative basate sul PET, le relazioni struttura-proprietà nei sistemi che incorporano monomeri derivati ​​​​da rPET rimangono sottoesplorate.

III. Controllo microstrutturale e comportamento di fase

La caratterizzazione avanzata rivela come la composizione influenza la cristallizzazione:

• Sistemi ricchi di segmenti rigidimostrano una marcata separazione di fase, influenzando la cinetica di cristallizzazione e formando strutture lamellari.
• Sistemi a dominanza del segmento mollemostrano un impatto minimo della separazione microfase sulla crescita dei cristalli.

La microscopia a luce polarizzata e la diffusione dei raggi X dimostrano che i copolimeri PBT-PTHF formano sferuliti, dendriti o reti simili a perline a seconda della lunghezza dei blocchi e delle condizioni di cristallizzazione. In particolare, i monomeri derivati ​​​​da rPET migliorano i tassi di cristallizzazione, attribuiti ai catalizzatori residui nell’acido tereftalico riciclato, senza alterare la morfologia macroscopica.

IV. Sostenibilità e direzioni future

Poiché i monomeri di origine fossile rischiano di scomparire entro due decenni, questo lavoro fornisce un quadro per lo sviluppo di TPE circolari utilizzando PET di scarto e monomeri di origine biologica. La capacità di personalizzare il comportamento della cristallizzazione attraverso la progettazione di copolimeri a blocchi, sfruttando al tempo stesso materie prime riciclate, offre un modello scalabile per materiali sostenibili ad alte prestazioni.