Resumen:
Los residuos textiles provenientes de la producción de prendas representan desafíos ambientales y económicos crecientes, con una disposición global de tejidos que se espera alcance los 148 millones de toneladas para 2030. La poliamida 6 (PA6), comúnmente utilizada en textiles, se degrada durante el reciclaje debido a la hidrólisis, lo que reduce su masa molar y limita su reutilización.
Este estudio presenta un método para reciclar tejidos de PA6 utilizando un aditivo de carbodiimida (CDI), que actúa como agente antihidrólisis y extensor de cadena, con el objetivo de lograr un reciclaje tipo cradle-to-cradle. El control de las propiedades fisicoquímicas, especialmente la masa molar, es crucial; sin embargo, los mecanismos de recuperación de la masa molar no se comprenden completamente y pueden verse afectados por la humedad.
Este trabajo demostró que el CDI reduce la degradación tanto en PA6 seco como húmedo, aumentando la masa molar en un 40% y 75%, respectivamente, como se confirmó mediante análisis reológicos. La investigación molecular mediante RMN de 13C no mostró señales de carbono terciario, y la RMN de dominio de tiempo indicó una mayor temperatura de transición vítrea con CDI. Estos hallazgos, respaldados por cálculos de teoría del funcional de la densidad (DFT), sugieren que el CDI promueve la extensión lineal de las cadenas en lugar de la ramificación.
Este enfoque respalda el reciclaje en circuito cerrado de tejidos de PA6, mejorando la circularidad textil y minimizando el impacto ambiental.
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Conclusiones:
Los análisis reológicos indicaron que, tanto para las muestras secas como húmedas, hubo un aumento en la viscosidad compleja, lo que sugiere un incremento en la masa molar. Cabe destacar que la muestra seca con 3% de CDI mostró el mejor desempeño entre las muestras secas, alcanzando un aumento del 40% en la viscosidad en comparación con la muestra sin CDI.
Entre las muestras húmedas, la muestra con 7% de CDI presentó el mejor desempeño general, con un aumento del 75% en comparación con la muestra con 0% de CDI, superando incluso la viscosidad del material objetivo. Esto indica que el CDI es más efectivo en ambientes con presencia de agua.
También se observó que el comportamiento de adelgazamiento por cizalla (shear-thinning) del PA6 se intensificó con el aumento del contenido de CDI, siendo más pronunciado en las muestras secas. Esto sugiere una posible ampliación de la distribución de masa molar o la formación de más ramificaciones a mayores concentraciones de CDI. Sin embargo, el aumento de la temperatura de transición vítrea (Tg) con la adición de CDI indica una reducción del volumen libre, lo que se asocia con un incremento lineal de la masa molar sin presencia de ramificación.
Además, los análisis de RMN de 13C no muestran la formación de carbono terciario, corroborando la ausencia de ramificación, y los cálculos DFT respaldan estos resultados al indicar que la extensión lineal de cadenas presenta menores barreras energéticas en comparación con la extensión ramificada. Con base en esto, se propuso un mecanismo de reacción entre PA6 y CDI que conduce a la extensión lineal de las cadenas de PA6, donde el agua favorece el proceso.
Los resultados de cristalización inducida por flujo muestran que la adición de CDI reduce la movilidad de las cadenas, dificultando la nucleación y la cinética de cristalización, lo cual respalda los resultados que indican un aumento en la masa molar.
Las pruebas mecánicas muestran que la adición de CDI mejoró la resistencia a la deformación: las muestras secas mejoraron aproximadamente un 70%, mientras que las húmedas mejoraron un 55%, aunque la mejor condición según los datos reológicos de la ruta húmeda (7%) no fue evaluada en estas pruebas.
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Información tomada y traducida del artículo científico publicado en ACS OMEGA.
Imagen tomada del artículo.