Un gran avance en el reciclaje de siliconas
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Las siliconas se utilizan ampliamente en la industria, la medicina y los productos de uso cotidiano debido a su extraordinaria estabilidad térmica y química. Sin embargo, precisamente por estas propiedades, el reciclaje de las siliconas se ha considerado hasta ahora extremadamente problemático. Investigadores del Instituto de Química de la Universidad Técnica de Berlín han logrado ahora descomponer las cadenas poliméricas de las moléculas de silicona hasta su componente básico. El dimetildiclorosilano resultante puede utilizarse de nuevo como materia prima para la fabricación de nuevos compuestos de silicona.
El procedimiento ya se ha presentado para su patente y se basa en una compleja interacción de varios ciclos de reacción química. El equipo de investigación dirigido por el Prof. Dr. Martin Oestreich lo ha probado con éxito en diversos productos de silicona usados de la vida cotidiana. Debido a su gran importancia para la química verde y la economía circular, la publicación fue seleccionada por la prestigiosa revista especializada *Nature* para su publicación en línea por la vía «Fast Track». Martin Oestreich es también miembro del clúster de excelencia en catálisis UniSysCat de la Universidad Técnica de Berlín.
El mercado de los productos de silicona es enorme: en 2025 ascendió a más de 21 000 millones de euros y los analistas estiman que superará los 33 000 millones de euros en 2033. Además de su estabilidad térmica y química, las siliconas también destacan por sus excelentes propiedades mecánicas. Además, este material repele el agua de forma fiable y, al mismo tiempo, es permeable al oxígeno. Las siliconas se encuentran en numerosos productos de uso cotidiano, desde moldes de repostería y tetinas para biberones hasta juntas y tubos médicos. «Debido a sus propiedades de gran resistencia, el reciclaje de la silicona usada resulta muy difícil», afirma el Prof. Dr. Martin Oestreich, catedrático Einstein, director del departamento de «Química Orgánica/Síntesis y Catálisis» y miembro del clúster de excelencia UniSysCat de la Universidad Técnica de Berlín. «Hasta ahora, la silicona usada solía incinerarse o depositarse en vertederos. En el proceso de reciclaje, el material suele someterse a un tratamiento mecánico o descomponerse químicamente en siloxanos más pequeños de forma anular, a partir de los cuales se pueden volver a fabricar siliconas. Sin embargo, estas nuevas siliconas suelen ser de menor calidad que las originales».
La fabricación de siliconas consume muchísima energía, por lo que el reciclaje resulta muy conveniente
Por un lado, sería deseable un reciclaje completo de las siliconas, ya que cada vez hay más indicios de que las siliconas depositadas en vertederos pueden ser perjudiciales para el medio ambiente y la salud. Por otro lado, la fabricación de siliconas requiere enormes cantidades de energía. Así, el silicio elemental necesario para ello debe obtenerse a partir de arena de cuarzo a temperaturas de 2000 grados Celsius. A partir del silicio se produce entonces, mediante un proceso especial, dimetildiclorosilano, el componente básico de la química de la silicona. «Esta molécula se puede encadenar para formar largas cadenas, sustituyendo el cloro que contiene por oxígeno», explica Oestreich. De forma análoga a la química del carbono, aquí no son los átomos de carbono, sino los enlaces entre el silicio (Si) y el oxígeno (O) los que forman el «eje» de los polímeros resultantes (Si–O–Si–O–Si). Para ajustar las propiedades de las distintas siliconas, se puede variar la longitud de las cadenas y unir a los extremos de estas otras moléculas diferentes.
La clave para romper las cadenas de silicona: el ion sililio como catalizador y el fosgeno
Un proceso de reciclaje ideal incluiría la posibilidad de fabricar nuevas siliconas con propiedades diferentes a partir de siliconas usadas de un mismo tipo. «Para lograrlo, es imprescindible que, al final del proceso de reciclaje, se obtenga la molécula base dimetildiclorosilano», afirma Martin Oestreich. Para ello, es necesario romper por completo las cadenas Si–O–Si de las siliconas. «Romper los enlaces de silicio-oxígeno es extremadamente difícil. Precisamente por eso la silicona es un material tan estable». Los investigadores lo han conseguido ahora, sobre todo, mediante el uso de dos moléculas: un «ion sililio» como catalizador y el gas fosgeno. Se denominan iones sililio a los compuestos químicos que contienen un átomo de silicio con carga positiva. En una compleja interacción de varios ciclos de reacción, el ion sililio extrae un ion cloruro (Cl⁻) del fosgeno (COCl₂). Lo que queda es el compuesto COCl⁺. «Esta molécula tiene entonces la capacidad química de romper un enlace silicio-oxígeno», explica Oestreich. Otra ventaja del procedimiento: el oxígeno de las cadenas Si–O–Si rotas se libera inmediatamente en forma de dióxido de carbono (CO₂). «Así pues, el oxígeno queda ligado en un compuesto estable y se elimina inmediatamente en forma de gas. De este modo, ya no está disponible para otras reacciones».
El fosgeno es tóxico, pero se utiliza industrialmente en grandes cantidades
El fosgeno es un gas tóxico; por ello, los investigadores no lo utilizaron directamente, sino que, por motivos de seguridad, emplearon el trifosgeno, un sólido más fácil de manipular que solo libera fosgeno durante el ciclo de reacción. Esta transformación también la cataliza el ion sililio, que asume así una doble función. «Sin embargo, el uso del fosgeno no es en absoluto inusual en la industria química. Por ejemplo, algunos compuestos de partida importantes para los poliuretanos, de los que se componen las espumas y los materiales aislantes, se producen con ayuda del fosgeno», explica Martin Oestreich. No obstante, su grupo de trabajo ya se dedica a buscar alternativas al fosgeno. Además, se pretende desarrollar procedimientos para purificar el dimetildiclorosilano obtenido en el proceso de reciclaje de incluso los residuos más mínimos de fosgeno.
Pruebas con productos de uso cotidiano: rendimiento muy alto en el reciclaje
Con temperaturas de 80 grados, las condiciones de reacción son moderadas, por lo que el proceso puede llevarse a cabo sin un gran consumo de energía. Los investigadores ya lo han probado con moldes de silicona para magdalenas, tetinas de biberón, tapas de silicona y otros productos de silicona. Los resultados fueron prometedores: en algunos productos, el rendimiento de dimetildiclorosilano recuperado alcanzó hasta el 99 % tras 24 horas. Una mezcla de distintos productos de silicona usados arrojó un rendimiento del 86 %.
La investigación básica da sus frutos: se ha presentado una solicitud de patente para el procedimiento
«Nuestro éxito es una prueba de que la investigación básica puede dar sus frutos en algún momento en aplicaciones muy concretas en las que antes nadie había pensado», afirma Martin Oestreich. «Llevamos ya 15 años investigando los iones sililio y, solo desde hace unos cinco años, con el reciclaje de siliconas, hemos visto de repente un importante objetivo de aplicación para estas investigaciones». El procedimiento ya se ha presentado para su patente.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Alemán se puede encontrar aquí.
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