A lo largo de las últimas décadas, el impacto medioambiental causado por los polímeros sintéticos, así como la incertidumbre de los precios del crudo y el agotamiento de las fuentes fósiles, ha creado una gran preocupación en la sociedad y, en especial, en la comunidad científica.
Los polímeros sintéticos están diseñados para satisfacer las diferentes necesidades del consumidor final, siendo esenciales para la vida moderna y la economía global. Su producción, obtenida a partir del petróleo, ha aumentado desde 15 millones de toneladas en la década de los sesenta, hasta 311 millones de toneladas en 2014, esperando que se triplique en 2050. Diferentes sectores industriales, tales como el sector textil, embalaje, automoción, construcción u otros, consumen importantes cantidades de polímeros sintéticos, donde su sistema actual de producción, distribución y uso opera de forma casi completamente lineal, siendo un modelo insostenible debido la generación y acumulación de residuos (Figura 1).
Figura 1. Modelo tradicional de producción, distribución y uso de polímeros (sector textil).
En la actualidad, como consecuencia de nuestra creciente demanda de crudo, los polímeros sintéticos se están agotando rápidamente. Por tanto, existe un desafío inminente para reemplazar gradualmente los polímeros procedentes del crudo por aquellos derivados de recursos renovables. Además, la gran mayoría de los polímeros sintéticos están diseñados para brindar rendimiento y durabilidad, no para su degradabilidad y reciclabilidad, lo que ha resultado en un enorme crecimiento de residuos en las últimas décadas. De hecho, a finales de 2014, de los 311 millones de toneladas producidas, el 12% fueron incinerados, el 9% reciclados y el 79% depositados en vertederos o en el medio natural (Figura 2). Por tanto, este problema de contaminación actual, derivado de la gran cantidad de acumulación de residuos plásticos, es uno de los objetivos más importantes que nuestra sociedad debe resolver.
Figura 2. Producción global, uso y destino de resinas poliméricas, fibras sintéticas y aditivos, expresado en millones de toneladas, desde 1950 hasta 2014.
Con el objetivo de abordar el problema de la contaminación ambiental asociada a la acumulación de residuos textiles y, siguiendo los principios de la economía circular, en el proyecto BIOREX se han desarrollado hilos sostenibles y funcionales a través de dos estrategias (Figura 3):
Figura 3. Esquema general del proyecto BIOREX.
• Empleo de polímeros biodegradables como sustitutos de los polímeros sintéticos tradicionales. Para ello, se han empleado polímeros biodegradables modificados químicamente mediante la incorporación de moléculas funcionales y/o nanopartículas que mejoran sus propiedades mecánicas, térmicas y funcionales a través de un proceso de extrusión reactiva. En el proyecto BIOREX, entre los principales polímeros biodegradables estudiados, destacan el ácido poliláctico (PLA), el ácido polihidroxibutírico (PHB) y el succinato de polibutileno (PBS), así como sus mezclas. Entre los resultados obtenidos, cabe destacar:
Obtención de hilo de PHB, a partir de un proceso de hilatura multifilamento, con tenacidades cercanas a 1,5 gf/den.
Obtención de hilo a partir de una mezcla de PHB/PBS, mediante un proceso de hilatura monofilamento, cuyas propiedades mecánicas resultaron altamente competentes para su aplicación en el campo de los agrotextiles.
Obtención de cinta plana de PLA, mediante un proceso de hilatura monofilamento, con propiedades mecánicas e hidrofóbicas superiores al polímero virgen. Para ello, la matriz polimérica de PLA fue modificada químicamente a través de un proceso de extrusión reactiva, donde moléculas funcionales, tales como alcoxisilanos, fueron incorporadas covalentemente a la matriz polimérica, proporcionando propiedades mecánicas e hidrofóbicas de forma estable e irreversible.
• Reciclado químico de residuos textiles al final de su vida útil para la obtención de polímeros vírgenes a partir de residuos. Concretamente, se ha realizado el reciclado químico de fibras textiles basadas en poliéster (PET), una de las principales fibras sintéticas empleadas en el sector textil, mediante un proceso depolimerización. En este proceso químico, el polímero es dividido en sus unidades fundamentales llamadas monómeros, las cuales sirven posteriormente como punto de partida para obtener, una vez más, el polímero virgen a través de su polimerización (Figura 4). Según el solvente empleado en la etapa de depolimerización, el proceso se denomina glicólisis (glicoles), hidrólisis (agua), metanólisis (metanol), aminólisis (aminas) o amonólisis (amoniaco). A lo largo del proyecto BIOREX, se ha estudiado la depolimerización mediante glicólisis, ya que se trata de una de las estrategias más desarrolladas en la bibliografía. Más concretamente, el proceso de glicólisis ha recibido más atención en la literatura gracias a la ventajas que presenta, entre las que destacan: (i) simplicidad y flexibilidad, (ii) baja volatilidad del solvente y (iii) fácil adaptación a plantas de producción industrial de poliéster (PET). Es por ello que, en el proyecto BIOREX, se ha estudiado el rendimiento del proceso de glicólisis en función del catalizador empleado, la pureza y composición de los residuos, así como el origen de éstos (pre-consumo o post-consumo).
Figura 4. Representación esquemática del proceso de reciclado químico de poliéster (PET) mediante un proceso de depolimerización-polimerización.
Este proyecto cuenta con el apoyo de la Conselleria d'Economia Sostenible, Sectors Productius, Comerç i Treball de la Generalitat Valenciana, a través del IVACE.
J. Yeo, J. Kinyanjui, T Warintorn, Z. Li, C. He, Recent Advances in the Development of Biodegradable PHB-Based Toughening Materials: Approaches, Advantages and Applications. Mater. Sci. Eng. C. 2017, 92. https://doi.org/10.1016/j.msec.2017.11.006
D. E. Nikles, M. S. Farahat, New Motivation for the Depolymerization Products Derived from Poly(Ethylene Terephthalate) (PET)Waste: a Review. Macromol. Mater. Eng. 2005, 290, 13–30. https://doi.org/10.1002/mame.200400186.
A. Sangalang et al., Practical design of green catalysts for recycling and energy conversion, Material Recycling - Trends and Perspectives. Advanced Catalytic Materials. 2016. https://doi.org/10.5772/33800.
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