Plástico a base de savia de pino: un cambio potencial para el futuro de los materiales sostenibles

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Plástico a base de savia de pino: un cambio potencial para el futuro de los materiales sostenibles

Por Tom Morgan, Florida State University

Crédito de la imágen: DOI: 10.1021 / acsmacrolett.1c00284

En los últimos 100 años, los plásticos y polímeros han cambiado la forma en que opera el mundo, desde aviones y automóviles hasta computadoras y teléfonos celulares, casi todos compuestos de compuestos basados en combustibles fósiles. El descubrimiento de un nuevo plástico derivado de la savia de pino de un equipo de investigación de la Universidad Estatal de Florida tiene el potencial de cambiar las reglas del juego para los nuevos materiales sostenibles.

El profesor asociado de química y bioquímica Justin Kennemur, el investigador principal del estudio que detalla el nuevo descubrimiento, dijo que este era un paso significativo en la dirección correcta para los nuevos plásticos y es un descubrimiento de entrada que podría conducir a varios materiales nuevos.

“Lo que sabemos actualmente es que este plástico vítreo y térmicamente estable se puede fundir y moldear a una temperatura más alta y se enfría en un plástico duro a temperatura ambiente”, dijo Kennemur. “Uno de los próximos objetivos es aprender algunas de las propiedades mecánicas de estos polímeros. Sin embargo, este material tiene muchas características estructurales que reflejan los plásticos que usamos todos los días, por lo que es prometedor para una multitud de aplicaciones”.

Los hallazgos del equipo se publicaron en la revista ACS Macro Letters.

“El noventa y nueve por ciento de los plásticos de hoy se producen a partir de combustibles fósiles finitos con una demanda creciente y una disponibilidad geográfica limitada”, dijo. “La producción de materiales a partir de recursos renovables, y en particular la savia del pino, que se puede cosechar sin matar el árbol, es un esfuerzo digno de mención”.

El alfa-pineno, la molécula más abundante producida a partir de la savia de pino, es notoriamente difícil de convertir en plástico, por lo que actualmente tiene usos limitados. Se encuentra principalmente en limpiadores y disolventes a base de trementina. Mark Yarolimek, un estudiante de doctorado de la FSU en química de polímeros que dirigió el estudio, primero modificó sintéticamente el alfa-pineno para hacer el compuesto conocido como delta-pineno.

“Sometí el alfa-pineno a una serie de reacciones químicas, purificaciones múltiples y algo de prueba y error, que finalmente resultó exitoso en convertirlo en delta-pineno”, dijo. “Una vez que obtuvimos delta-pineno líquido purificado, lo convertí en el plástico resultante, poli-delta-pineno, a través de una reacción química final”.

Yarolimek y Heather Bookbinder, quienes se desempeñaron como investigadoras de pregrado en el proyecto antes de graduarse con una licenciatura en fisiología del ejercicio en 2020, luego realizaron una variedad de “polimerizaciones” (reacciones químicas para transformar pequeñas moléculas líquidas en macromoléculas sólidas) para probar cuán efectivamente la molécula se estaba convirtiendo en plástico.

Estas pruebas incluyeron medir cuánto delta-pineno se convirtió en plástico en una sola reacción, qué tan bien los investigadores pudieron controlar el crecimiento de moléculas y cómo la variabilidad de la condición afectó a los materiales. También caracterizaron las diversas propiedades materiales del plástico, como a qué temperatura se funde el polímero y cuánto calor puede soportar antes de que se descomponga, además de explorar la estructura molecular de los materiales.

Brianna Coia, investigadora graduada del Grupo Kennemur, analizó simultáneamente el delta-pineno para comprender si poseía las propiedades termodinámicas adecuadas para someterse a la polimerización. Con recursos del Centro de Computación de Investigación de la FSU, Coia realizó cálculos de la teoría funcional de la densidad, y sus resultados computacionales fueron paralelos a los hallazgos experimentales de Yarolimek y Bookbinder.

Yarolimek dijo que convertir esas moléculas de biomasa en nuevos plásticos de alto rendimiento, como este, es esencial para continuar con nuestro estilo de vida. El equipo ya ha trabajado con la Oficina de Comercialización de la FSU para presentar una patente para el material que descubrieron.

“En lugar de retroceder al siglo XVIII cuando se acaba el petróleo, el cambio a plásticos de base biológica nos permitirá avanzar más en lo que viene a continuación”, dijo.

Hacer nuevos plásticos de base biológica es solo la mitad de la conversación; la otra implica el destino final del plástico, dijo Kennemur. Para este material de alto rendimiento, no sería deseable tener una vida útil corta por ser biodegradable, pero aún necesita una forma de ser reciclado. Eso puede significar desarrollar procesos de descomposición a través de un estímulo químico.

“Nuestra investigación se invierte en ambos. Hacemos nuevos materiales, pero también estamos investigando su reciclabilidad química”, dijo. “Hicimos este nuevo plástico, pero esto es solo el comienzo. También necesitamos aprender cómo deshacer el plástico y tenemos planes para comenzar a investigar eso”.

Kennemur dijo que sus estudiantes investigadores merecen en gran medida el crédito por el descubrimiento, mientras que su función era guiar sus esfuerzos.

“Ser parte de este equipo de investigación fue probablemente una de las experiencias más educativas e interesantes que tuve durante mi tiempo en FSU”, dijo Bookbinder. “En mi opinión, la experiencia práctica es la forma más atractiva de aprender y tiene un efecto duradero. Hablaré sobre la investigación y mi papel en la experiencia por el resto de mi vida”.