Plastica riciclabile della stampante
I politioenoni: un passo avanti verso un'economia circolare della plastica
La tecnologia di stampa 3D amplia le possibilità di progettazione dei materiali e di produzione di componenti in plastica. Tuttavia, mancano polimeri che soddisfino i requisiti di alte prestazioni e che siano allo stesso tempo riciclabili. Sulla rivista Angewandte Chemie, un team di ricerca ha presentato una nuova classe di polimeri, noti come politioenoni, che sono meccanicamente e chimicamente riciclabili e adatti ai processi di stampa 3D. Presentano inoltre proprietà meccaniche migliori rispetto alle poliolefine convenzionali. Il segreto del loro successo è uno speciale componente a forma di anello.
© Wiley-VCH
Utilizzando modelli digitali, strutture complesse possono essere costruite con precisione strato per strato grazie alla stampa 3D. L'enorme adattabilità e la rapida prototipazione aprono nuove prospettive in settori quali l'ingegneria biomedica, l'ingegneria automobilistica e la progettazione di beni di consumo. Nella stampa 3D che utilizza il processo di fused filament fabrication (FFF), una fibra termoplastica viene pressata attraverso un ugello caldo, dove si scioglie e viene applicata strato per strato fino a creare il componente tridimensionale desiderato, con una perdita minima di materiale. L'aspetto negativo è la mancanza di polimeri adatti che possano essere riciclati. Polimeri chimicamente riciclabili, che dopo l'uso possono essere scomposti nei loro blocchi costitutivi (monomeri) e ripolimerizzati, contribuirebbero a ridurre i problemi ambientali causati dai rifiuti plastici di lunga durata e a risparmiare materie prime fossili.
La sintesi di nuovi polimeri termoplastici con una migliore riciclabilità dipende dalla progettazione di monomeri adatti. Il team guidato da Will R. Gutekunst e H. Jerry Qi del Georgia Institute of Technology (Atlanta, USA) ha ora sviluppato una nuova famiglia di monomeri: i tioenoni ciclici (CTE), anelli costituiti da sette atomi di carbonio e un atomo di zolfo, che contengono un doppio legame C=C e un gruppo carbonilico (C=O) e possono essere facilmente dotati di vari gruppi laterali aggiuntivi e quindi variare. Aprendo l'anello, possono essere polimerizzati collegando monomero per monomero alla catena polimerica in crescita attraverso la cosiddetta addizione di Thia-Michael. Questa reazione è reversibile, per cui i politioenoni (PCTE) prodotti possono essere nuovamente depolimerizzati.
Particolarmente interessante si è rivelato il PCTE-Ph, un polimero sintetizzato dalla variante del monomero con un anello aromatico a sei membri (anello fenilico) come gruppo laterale. Il PCTE-Ph è un termoplastico termicamente stabile con eccellenti proprietà meccaniche, che può essere arricchito con cariche e coloranti e lavorato con metodi convenzionali. Il nuovo materiale è particolarmente adatto alla stampa 3D. I componenti stampati possono essere riciclati meccanicamente semplicemente rifondendo il materiale e lavorandolo nuovamente, mantenendo le sue proprietà favorevoli come la resistenza alla trazione e la stabilità termica. In secondo luogo, può essere scisso cataliticamente nei monomeri originali con una resa del 90%. I monomeri recuperati sono quindi disponibili per ulteriori cicli di polimerizzazione.
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