Un team di ricerca del Georgia Institute of Technology ha introdotto una nuova classe di polimeri chiamati politioenoni, riciclabili meccanicamente e chimicamente e adatti alla stampa 3D.
Un gruppo di ricercatori del Georgia Institute of Technology di Atlanta, negli Stati Uniti, ha introdotto una nuova classe di polimeri chiamati politioenoni, riciclabili meccanicamente e chimicamente e adatti alla stampa 3D. In un articolo, pubblicato sulla rivista Angewandte Chemie, gli scienziati hanno dimostrato migliori proprietà meccaniche rispetto alle poliolefine convenzionali, grazie a uno speciale elemento costitutivo a forma di anello.
La scoperta dei politioenoni rappresenta un passo decisivo verso un’economia circolare per i polimeri sintetici.
La tecnologia di stampa 3D sta ampliando le possibilità di progettazione dei materiali e produzione di componenti in plastica vengono ampliate tramite, ma c’è una carenza di polimeri riciclabili che soddisfano i requisiti di prestazione. Utilizzando la modellazione digitale, strutture complesse possono essere costruite con precisione strato per strato con stampanti 3D. L’ampia personalizzazione e la prototipazione rapida aprono nuove possibilità in campi come la produzione automobilistica, l’ingegneria biomedica, e la progettazione di prodotti di consumo.
Nella stampa 3D con il processo di fabbricazione di filamenti fusi (FFF), un materiale termoplastico filiforme viene pressato attraverso un ugello caldo, dove si scioglie. Viene quindi applicato a strati fino a quando non viene prodotto il componente tridimensionale desiderato, con uno spreco minimo di materiale. Lo svantaggio di questo metodo è la mancanza di polimeri adatti che possono essere riciclati. I polimeri riciclabili chimicamente, che possono essere divisi nei loro elementi costitutivi (monomeri) e ripolimerizzati, aiuterebbero a ridurre i problemi ambientali derivanti dai rifiuti di plastica di lunga durata e a conservare le materie prime derivate dai fossili. La sintesi di nuovi polimeri termoplastici con riciclabilità migliorata inizia e finisce con la progettazione di monomeri adatti.
Un nuovo polimero particolarmente adatto alla stampa 3D
Il team del Georgia Institute of Technology, guidato da Will R. Gutekunst e H. Jerry, ha sviluppato una nuova famiglia di monomeri: i tioenoni ciclici (CTE), anelli costituiti da sette atomi di carbonio e un atomo di zolfo. Gli anelli contengono un doppio legame C=C e un gruppo carbonilico (C=O) e possono essere facilmente modificati aggiungendo diversi gruppi laterali. I monomeri possono essere polimerizzati tramite una reazione di apertura dell’anello in cui i monomeri vengono aggiunti uno alla volta all’estremità della catena in crescita. Nota come addizione di tia-Michael, questa reazione è reversibile, quindi i politioenoni risultanti (PCTE) possono essere depolimerizzati di nuovo al monomero di partenza.
Uno dei polimeri sintetizzati, PCTE-Ph, si è dimostrato particolarmente interessante. Costituito da un monomero CTE con un anello di carbonio aromatico a sei elementi (anello fenilico) come gruppo laterale, PCTE-Ph è un termoplastico termicamente stabile con eccezionali proprietà meccaniche. È possibile incorporare coloranti e riempitivi e può essere lavorato con metodi consueti. Questo nuovo materiale è particolarmente adatto per la stampa 3D. I componenti stampati con questo materiale possono essere riciclati meccanicamente semplicemente fondendo il materiale e lavorandolo di nuovo, mantenendone le proprietà vantaggiose, come la resistenza alla trazione e la stabilità termica. Inoltre, può essere depolimerizzato cataliticamente di nuovo al monomero iniziale con una resa del 90 percento. Questo monomero recuperato è quindi disponibile per ulteriori cicli di polimerizzazione.
Foto Wiley-VCH, credit Angewandte Chemie, original article.
