La rivista Nature Chemistry ha pubblicato, lo scorso novembre, un articolo a firma Eugene Chen e Miao Hong, della Colorado State University, dal titolo “Completely recyclable biopolymers with linear and cyclic topologies via ring-opening polymerization of γ-butyrolactone.”
La polimerizzazione ad apertura d’anello (ring-opening polymerization – ROP) è una potente metodologia di sintesi chimica che, partendo da esteri ciclici o lattoni, permette di ottenere poliesteri alifatici biodegradabili tecnologicamente rilevanti. Tra questi monomeri c’è il γ-butirrolattone (γ-BL), fino ad oggi considerato non polimerizzabile a causa della sua bassa “strain energy”. Infatti la sintesi del poli(γ-butirrolattone), o PγBL, tramite ROP è stata possibile solo utilizzando condizioni estremamente particolari (P=20000 atm; T= 160 °C), ottenendo solamente oligomeri.
Chen e Hong, nell’articolo, mostrano come, utilizzando condizioni di reazione e catalizzatori appropriati, la polimerizzazione del γ-BL a PγBL tramite ROP proceda a pressione ambiente e senza inconvenienti fino ad ottenere una conversione del monomero pari al 90% con topologia controllata, lineare e/o ciclica.
Il polimero così ottenuto, in entrambe le forme, può essere riciclato nei monomeri di partenza con resa quantitativa tramite semplice riscaldamento (220 °C la forma lineare, 300 la ciclica, entrambe per un’ora). Secondo gli autori questo lavoro stabilisce una relazione tra la struttura del PγBL e le sue proprietà termiche e dinamico-meccaniche dimostrando la completa riciclabilità termica del PγBL nel suo monomero, il γ-BL, aprendo così opportunità uniche per scoprire nuovi biomateriali sostenibili (rinnovabili e riciclabili) basati sulla ROP di altri lattoni a cinque atomi.
Una illustrazione grafica del processo di sintesi è riportata di seguito (image credit: Jing Tang /Chen Lab – fonte SCI-News.com): i monomeri sono raffreddati per effettuare la polimerizzazione, quindi riscaldati per avere il ciclo invertito.
Chen afferma che una persona ogni anno consuma più di 90 chilogrammi di polimeri sintetici sottolineando che, tra tutte le materie plastiche biodegradabili esistenti, nessuna, fino ad ora, si è rivelata essere completamente riciclabile perché nessuna può essere riportata allo stato monomerico senza originare altri sottoprodotti. La chiusura del ciclo, dunque, si ha solo con il γ-BL.
La loro scoperta ha promettenti potenzialità di mercato ed è stato depositato un brevetto.
Dopo la pubblicazione dell’articolo Eugene Chen e Miao Hong, sono stati insigniti del Presidential Green Chemistry Award.
Curiosità: il γ-BL non è utilizzato solo come solvente nella produzione di materie plastiche e pesticidi, ma anche come stupefacente allucinogeno anche chiamato “droga dello stupro”.
