Le materie plastiche hanno come componente principale un polimero, cioè una macromolecola (o grande molecola) ottenuta dall’unione testa-coda di tante molecole piccole (o monomeri), la cui disposizione nella concatenazione determina le proprietà del polimero. I monomeri possono legarsi tra loro secondo assetti diversi dando origine a catene lineari, ramificate e anche a strutture reticolate. I polimeri termoplastici hanno catene lineari (polietilene, polipropilene, polivinicloruro o PVC, polistirene, ecc.) e si comportano come il vetro: mantengono le proprietà plastiche anche dopo il riscaldamento e successivo raffreddamento; quindi sono riciclabili. I polimeri termoindurenti hanno strutture reticolate (polifenolo, poliuretano, ec.) e si comportano come l’argilla: perdono le proprietà plastiche con il riscaldamento.
Il processo di produzione delle materie plastiche prende il nome di reazione di polimerizzazione, che ha avuto un grande sviluppo sin dal 1953 grazie alle ricerche di Giulio Natta (del Politecnico di Milano) e di Karl Ziegler (dell’Istituto Max Planck) che ebbero nel 1963 il Premio Nobel per la Chimica. Questa reazione è controllabile con l’uso di opportuni catalizzatori, detti stereospecifici (come ad esempio il complesso costituito da alluminio-trietile, tricloruro di titanio e litio metallico in polvere), che permettono di orientare la ramificazione della catena al fine di ottenere un’alta cristallinità del prodotto ottenuto (alla cristallinità è associata una struttura ordinata il cui grado di ordine tanto più grande sarà quanto migliori saranno le proprietà meccaniche, le proprietà plastiche e il punto di fusione). E permettono anche il controllo stereochimico, in quanto i prodotti della polimerizzazione possono avere tre diverse strutture: isotattica quando il susseguirsi della disposizione degli atomi ha sempre lo stesso orientamento; sindiotattica se tale disposizione è alternata; atattica se la disposizione è casuale.
Alla concatenazione isotattica corrisponde un grado di ordine elevato e quindi un alto punto di fusione, mentre a quella atattica corrisponde una struttura disordinata che determina un basso punto di fusione. In altre parole, senza i catalizzatori stereospecifici non si potrebbero ottenere materie plastiche con caratteristiche eccellenti sia dal punto di vista chimico, che fisico e meccanico. Ebbene l’ottenimento di polimeri riciclabili chimicamente che mantengono ad ogni riciclo le stesse proprietà è l’obiettivo di molti istituti di ricerca. Recentemente il settimanale di chimica Chemistry World ha riportato la notizia (25 agosto 2020) che un gruppo di ricerca costituito da Eugen Chen della Colorado State University, da Laura Falivene (King Abdullah University of Science and Technology dell’Arabia Saudita) e da Zi-Chen Li (Zi-Chen Li del College of Chemistry and Molecular Engineering di Pechino) ha ottenuto una nuova classe di poli-tio-esteri, tra cui il PBTL (Poli-Biciclo-Tio-Lattone) usando un monomero tiolattone biciclico (BTL) a ponte, che viene trasformato in plastica a temperatura ambiente mediante polimerizzazione ad apertura dell’anello. Eugene Chen ha spiegato che per la progettazione di materie plastiche riciclabili bisogna tener conto innanzitutto, dei polimeri che possono essere facilmente decomposti che in genere non presentano buone proprietà, quindi, dei materiali altamente cristallini che tendono ad essere fragili e facili alla rottura e infine, al fine di ottenere un’elevata cristallinità per migliorare le proprietà meccaniche, è necessario poter controllare con precisione la stereochimica della polimerizzazione”.
In definitiva, lo studio è stato finalizzato a depolimerizzare il polimero e a recuperare il monomero, in quanto la riciclabilità chimica è connessa con la capacità di riottenere il monomero che a sua volta potrà essere riutilizzato per una nuova polimerizzazione. I polimeri di tal natura sono chiamati pan-tattici.
L’importanza di tale ricerca è, infatti, sintetizzata nella dichiarazione del chimico Charles Romain dell’Imperial College di Londra: Contrariamente al riciclaggio meccanico, che altera le proprietà del materiale dopo pochi cicli, la monomerizzazione (n.d.r.: processo inverso alla polimerizzazione) può potenzialmente portare a materiali riciclabili indefinitamente senza perdita di proprietà.
Francesco Giuliano
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