Ogni anno, milioni di pneumatici finiscono in discarica, creando una crisi ambientale con conseguenze di vasta portata. Solo negli Stati Uniti, oltre 274 milioni di pneumatici furono demoliti nel 2021, con quasi un quinto di loro scartato in discarica. L’accumulo di questi materiali di scarto presenta non solo un problema di spazio, ma introduce anche pericoli ambientali, come la lisciviazione chimica e la combustione spontanea. Mentre la pirolisi-un processo che ricicla chimicamente la gomma attraverso la decomposizione ad alta temperatura-è ampiamente utilizzata, genera sottoprodotti dannosi come benzene e diossine, ponendo la salute e i rischi ambientali.
Un dipartimento statunitense per il finanziamento dell’energia, “Decostruzione della gomma tramite l’aminazione C e il riarrangiamento AZA-COPE”, recentemente pubblicato in Natura e guidato dal Dr. Aleksandr Zhukhovitskiy, William R. Kenan, Jr. Fellow e Assistant Professor presso il Dipartimento di Chimica di UNC-Chapel Hill, introduce un nuovo metodo chimico per abbattere i rifiuti di gomma. Questa tecnica pionieristica utilizza l’aminazione CH e una strategia di riarrangiamento polimerico per trasformare la gomma scartata in precursori preziosi per resine epossidiche, offrendo un’alternativa innovativa e sostenibile ai tradizionali metodi di riciclaggio.
La gomma, incluso il tipo sintetico utilizzato nelle gomme, è composta da polimeri reticolati insieme in una rete tridimensionale che si comporta come un materiale duro e flessibile. Il riciclaggio di questi materiali è difficile a causa dell’ampia reticolazione all’interno della struttura polimerica, che dà alla gomma la sua durata ma lo rende anche resistente al degrado. Metodi tradizionali per abbattere la gomma Focus su due approcci principali: de-vulcanizzazione, che rompe i collegamenti incrociati di zolfo ma indebolisce le proprietà meccaniche del polimero e la scissione delle backbone polimeriche usando metodi ossidativi o catalitici, che spesso provocano sottoprodotti complessi a basso valore. Nessuno dei due approccio fornisce una soluzione efficiente e scalabile per il riutilizzo dei rifiuti di gomma.
“La nostra ricerca cerca di superare queste sfide sviluppando un metodo che abbatte la gomma in materiali funzionali che possiedono valore anche come miscela”, ha affermato il dott. Zhukhovitskiy, che è il corrispondente autore dello studio.
I ricercatori introducono un reagente di diimide di zolfo che consente l’installazione di gruppi di ammina in posizioni specifiche nelle catene polimeriche. Questo passaggio è cruciale perché pone le basi per il successivo riarrangiamento della spina dorsale. Questa reazione chimica riorganizza la spina dorsale del polimero, abbattendo la gomma in materiali solubili funzionalizzati con ammina che possono essere utilizzati per produrre resine epossidiche.
I ricercatori hanno dimostrato che il loro processo in due fasi funziona molto bene. In un test con un polimero modello, lo hanno abbattuto in modo significativo, riducendo il suo peso molecolare da 58.100 g/mol a circa 400 g/mol. Quando hanno applicato il metodo per usare la gomma, si è completamente rotto in sole sei ore, trasformandolo in un materiale solubile con gruppi di ammina che potevano essere utilizzati per produrre materiali ampiamente utili come le resine epossidiche.
L’efficienza di questo metodo è particolarmente sorprendente rispetto alle tradizionali tecniche di riciclaggio, che spesso richiedono temperature estreme o catalizzatori costosi. I ricercatori hanno raggiunto i loro risultati in condizioni lievi (35-50 ° C, o 95-122 ° F) nei media acquosi, rendendo il processo più rispettoso dell’ambiente ed economico.
Le resine epossidiche sono ampiamente utilizzate nelle industrie per adesivi, rivestimenti e compositi. Di solito sono realizzati in sostanze chimiche a base di petrolio come il bisfenolo A e gli agenti di indurimento. Questa ricerca mostra che i poli-Dienali modificati dalle amine, prodotti utilizzando il metodo dei ricercatori, possono creare materiali epossidici con resistenza simile alle resine commerciali.
“In momenti come questo, ho apprezzato il potere della sintesi organica”, ha detto Maxim Raussnyy, coautrice del giornale ed ex studioso post-dottorato a UNC-Chapel Hill. “È affascinante vedere la facilità con cui la sequenza sviluppata di trasformazioni semplici, ma potenti e organiche, può assumere un legame c-c-c-c-e convertire polibutadiene e gomme a base di poliisoprene in resine epossidiche potenzialmente preziose.”
Oltre alle sue applicazioni pratiche, questo studio segna un passo significativo verso le tecnologie di riciclaggio più verde. I ricercatori hanno valutato l’impatto ambientale del loro processo utilizzando il fattore di impatto ambientale (fattore E), una misura dei rifiuti generati rispetto alla resa del prodotto.
“E-Factor è una metrica semplice ma potente per confrontare l’impatto di un nuovo processo agli operatori storici, ma anche per evidenziare le fasi di processo che possono essere migliorate mentre lavoriamo per passare da questo processo dal laboratorio e in pratica”, ha affermato il dott. Geoff Lewis, specialista della ricerca presso il Centro per sostenibili dell’Università del Michigan.
Mentre il fattore elettronico completo, che include l’uso di solventi, era elevato, il semplice fattore elettronico, esclusi i solventi, era molto più basso, evidenziando le aree in cui il processo poteva essere ulteriormente ottimizzato per la sostenibilità. Il team sta già esplorando sistemi di solventi più verdi e condizioni di reazione alternative per ridurre la generazione di rifiuti.
“La nostra ricerca rappresenta un cambiamento di paradigma nel modo in cui affrontiamo il problema dei rifiuti di gomma”, ha affermato Sydney Towell, coautore dello studio e dottorato. candidato a Unc-Chapel Hill. “Sfruttando il potere dell’aminazione CH e il riarrangiamento della spina dorsale, questo metodo fornisce un nuovo percorso per trasformare la gomma post-consumatore in materiali di alto valore, riducendo la dipendenza dalle discariche e minimizzando i danni ambientali.”
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com