El polipropileno y el polietileno son dos plásticos duraderos y asequibles que se utilizan comúnmente como materiales de empaque, envolturas de snacks, recipientes para microondas y otros tipos de películas plásticas, generalmente flexibles. Sin embargo, su flexibilidad los hace resistentes a los procesos de reciclaje, por lo que estos plásticos suelen terminar en rellenos sanitarios o filtrarse en el medio ambiente.

Investigadores de la Universidad de Buffalo están liderando esfuerzos en una nueva e innovadora forma de reutilizar estos plásticos mediante el reciclaje basado en solventes, o purificación con solventes. Su trabajo tiene el potencial de habilitar el reciclaje de millones de toneladas de plásticos que actualmente se desechan o se incineran después de su uso.

El polipropileno (PP) y el polietileno (PE) son poliolefinas, uno de los tipos de plásticos más comunes a nivel mundial. Solo en 2024 se produjeron más de 359 millones de toneladas de plástico en todo el mundo, y las poliolefinas representan más del 50% de ese peso, según investigaciones publicadas en las revistas Polymers y Cleaner Materials. Pocos solventes pueden disolver las poliolefinas, lo que las convierte en una de las opciones más eficientes para proteger alimentos, líquidos y otros materiales. Según Paschalis Alexandridis, Ph.D., profesor distinguido del Departamento de Ingeniería Química y Biológica de la UB, existe un creciente interés en encontrar formas de disolver estos plásticos.

“Existe interés en disolver las poliolefinas, por ejemplo, durante su procesamiento y, más recientemente, con fines de reciclaje de plásticos”, afirma Alexandridis. “También para separar o aislar poliolefinas de sus mezclas o películas multimateriales, y para purificar poliolefinas recicladas de aditivos, que suelen ser perjudiciales para la salud”.

Alexandridis, junto con Marina Tsianou, Ph.D., profesora, y Ali Ghasemi, estudiante de doctorado —ambos del Departamento de Ingeniería Química y Biológica de la UB—, y Luis Velarde, Ph.D., profesor asociado del Departamento de Química, han coautoría de artículos recientes que describen formas de disolver poliolefinas y los beneficios potenciales de este método para reducir los residuos plásticos. En cada estudio presentan un marco experimental y de modelado para abordar la disolución de diferentes formas de poliolefinas.

“El reciclaje basado en solventes de poliolefinas representa una oportunidad para gestionar los residuos plásticos y recuperar materiales útiles”, señala Alexandridis. “Nuestro estudio facilita el diseño y la optimización de un proceso de reciclaje por disolución–precipitación a gran escala, energéticamente eficiente y respetuoso con el medio ambiente, para plásticos que actualmente terminan en rellenos sanitarios o son incinerados tras su uso”.

Los científicos necesitan comprender cómo se disuelven el PE y el PP a nivel microscópico para hacerlo de manera eficiente. El trabajo del equipo combina experimentos con modelos computacionales para entender mejor el comportamiento del plástico durante todo el proceso de disolución. A pesar de ser uno de los polímeros más producidos y utilizados, desde la década de 1970 solo se han publicado cuatro artículos sobre la disolución del PP.

Su estudio titulado “Polypropylene Dissolution Kinetics: Effects of Solvent, Temperature, and Particle Size”, publicado en Polymers, describe los hallazgos experimentales y el nuevo modelo desarrollado, validado con dichos resultados. Los investigadores disolvieron pellets de PP —esferas del polímero también conocidas como “nurdles”— en distintos solventes y encontraron que estos se descristalizan completamente antes de disolverse por completo.

En su estudio más reciente, “Dissolution of Semicrystalline Polyethylene: Contributions of Decrystallization and Disentanglement to Kinetics Revealed by Integrated Experiments and Modeling”, publicado el mes pasado en International Journal of Heat and Mass Transfer, también desarrollaron un modelo que proporciona información detallada sobre los dominios cristalinos y amorfos del PE, así como la difusividad del solvente en diferentes condiciones, información difícil o imposible de obtener experimentalmente.

Los investigadores también compararon el comportamiento del PE tanto durante la disolución como durante su fusión en el estudio “Real-Time Quantification of Polyethylene Crystallinity via In Situ Mid- and Near-Infrared Correlation Spectroscopy: Melting and Dissolution”, publicado en el Journal of Polymer Science. Para ello, desarrollaron un sistema experimental con celda de flujo líquido controlada por temperatura, que permitió monitorear espectros en el infrarrojo medio y cercano en tiempo real. Estos resultados espectroscópicos permitieron identificar cuándo el PE se descristaliza y cuándo sus largas cadenas poliméricas se desenredan.

La purificación con solventes es una forma de reciclaje químico y una de las maneras más efectivas de complementar el reciclaje mecánico, que es actualmente el método preferido por la industria. Este método basado en solventes ofrece mayores ventajas frente a otro método de reciclaje químico, la pirólisis, según Alexandridis. La pirólisis consiste en una descomposición térmica controlada que rompe las cadenas plásticas en moléculas más pequeñas como aceites y gases, mientras que la purificación con solventes preserva los plásticos y permite su reutilización.

“El reciclaje químico es un complemento útil del reciclaje mecánico. Este último es bastante limitado en cuanto a los objetos y tipos de plásticos que puede procesar eficientemente; actualmente, menos del 10% de los plásticos se recicla”, afirma Alexandridis. “La pirólisis se promueve como un método capaz de procesar más residuos plásticos, pero genera preocupaciones. El reciclaje basado en solventes destacado en estos artículos presenta múltiples beneficios frente a la pirólisis”.

El impacto de este trabajo podría extenderse más allá del reciclaje de plásticos hacia otros campos, según Alexandridis. “También tiene implicaciones en la liberación de fármacos y aplicaciones biomédicas, al permitir tasas de liberación controladas mediante perfiles de disolución diseñados, y en el procesamiento de plásticos, al orientar la selección de solventes y las condiciones de fabricación para una producción eficiente”, concluye.

Información tomada de noticias en la sección de “Chemistry / Polymers” en Phys Org.

Imagen tomada de Envato, bajo licencia de Acoplásticos.