Recubrimientos respetuosos con el medio ambiente

Químicos de Constanza desarrollan una nueva clase de catalizadores que permiten fabricar dispersiones de polietileno directamente en agua. Esto abre perspectivas para la producción ecológica y sin disolventes de recubrimientos plásticos.

El polietileno (PE) es uno de los tipos de plástico más importantes de la actualidad. Se utiliza en una amplia gama de objetos cotidianos, desde botellas de plástico hasta tuberías, pasando por revestimientos de esquí y juguetes. En forma de dispersiones de PE, también constituye la base de diferentes revestimientos y adhesivos.

El profesor Stefan Mecking y el Dr. Fei Lin, del Departamento de Química de la Universidad de Constanza, han dado ahora un gran paso hacia la producción ecológica y sin disolventes de revestimientos de PE. En su reciente artículo en la edición internacional de la revista "Angewandte Chemie", los químicos describen una nueva clase de catalizadores solubles en agua que permiten fabricar dispersiones de PE directamente en agua. Esto elimina los pasos intermedios de alto consumo energético en la producción de recubrimientos sin disolventes y sin emisiones.

Los disolventes orgánicos son el estándar industrial actual

Por sus características técnicas y sus costes de producción comparativamente bajos, los plásticos se han convertido en un material industrial esencial. Están formados por grandes moléculas de cadena larga que, dependiendo del tipo, también pueden ser polímeros ramificados y están compuestos por muchas unidades repetidas formadas por bloques de construcción básicos. En el caso del polietileno, el bloque de construcción básico es el etileno, un compuesto de hidrocarburo gaseoso.

Se utilizan catalizadores químicos adecuados para promover y acelerar el proceso de polimerización, en el que los bloques de construcción individuales se conectan para formar grandes moléculas de polímero. En la producción de dispersiones de PE para revestimientos, la polimerización suele llevarse a cabo en disolventes orgánicos que se sustituyen gradualmente por agua, lo que requiere pasos adicionales que son técnicamente complejos y requieren mucha energía.

Una nueva clase de catalizadores

Por ello, la investigación y el desarrollo buscan opciones para producir PE directamente durante la polimerización en forma de dispersión acuosa. Esto podría servir de base para recubrimientos sin disolventes y sin emisiones en los que sólo se evapora el agua durante la formación de la película. Sin embargo, es un reto polimerizar el PE directamente en el agua. "Esto requiere catalizadores que sean activos en el agua pero que, al mismo tiempo, no se destruyan con ella. La mayoría de los catalizadores tradicionales se descomponen al entrar en contacto con el agua", explica Stefan Mecking, catedrático de Ciencia de los Materiales Químicos de la Universidad de Constanza.

El Dr. Fei Lin, investigador postdoctoral del equipo de Mecking y becario Humboldt, descubrió un nuevo tipo de catalizador. Los estudios se llevaron a cabo en el contexto del proyecto DEEPCAT de Stefan Mecking, apoyado por una subvención avanzada del Consejo Europeo de Investigación (ERC) desde 2019, para el desarrollo de plásticos que puedan ser degradados de forma ecológica. "Desarrollamos catalizadores solubles en agua para la polimerización del etileno que no solo se mantuvieron estables, sino también altamente activos, aunque estuvieron en contacto directo con el agua durante toda la reacción química", afirma Fei Lin.

Bloques de construcción para un proceso de polimerización más respetuoso con el medio ambiente

En estudios a escala de laboratorio, los químicos pudieron demostrar que, en el agua, sus novedosos catalizadores polimerizan el etileno para formar un gran número de pequeñas partículas de PE con un elevado peso molecular y linealidad, el llamado polietileno de alta densidad (HDPE). "Esto es decisivo para las características finales de los revestimientos producidos a base de dispersiones de PE y, por tanto, para la aplicabilidad de nuestro método", afirma Stefan Mecking. Los hallazgos relacionados con los nuevos catalizadores abren, por tanto, interesantes perspectivas para los procesos de polimerización respetuosos con el medio ambiente en general y para la producción eficiente de recubrimientos de PE sin disolventes y sin emisiones en particular.