El nuevo método escalable presenta una estrategia de circuito cerrado que podría reducir globalmente los desechos plásticos
Investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) del Departamento de Energía han desarrollado un enfoque de reciclaje que agrega valor a los plásticos desechados para su reutilización en la fabricación aditiva o la impresión 3D. El método escalable y fácilmente adoptable presenta una estrategia de circuito cerrado que podría reducir globalmente los desechos plásticos y reducir las emisiones de carbono vinculadas a la producción de plástico.
Los resultados publicados en Science Advances detallan el proceso simple para convertir un plástico básico en un material más resistente compatible con los métodos de impresión 3D de la industria.
El proceso
El equipo mejoró el acrilonitrilo butadieno estireno, o ABS, un popular termoplástico que se encuentra en objetos cotidianos que van desde autopartes hasta pelotas de tenis y bloques LEGO. El ABS es una materia prima popular para la fabricación de filamentos fusionados, o FFF, uno de los métodos de impresión 3D más utilizados. La versión reciclada cuenta con una fuerza, dureza y resistencia química mejoradas, lo que la hace atractiva para FFF para cumplir con aplicaciones nuevas y de mayor rendimiento que no se pueden lograr con el ABS estándar.
El reciclaje de polímeros juega un papel importante para abordar el creciente desafío de la acumulación global de desechos plásticos. Cada año se generan aproximadamente 400 millones de toneladas de desechos plásticos, en gran parte como artículos de un solo uso que terminan en vertederos o en el medio ambiente. A nivel mundial, se recicla menos del 10 por ciento de los desechos plásticos.
“El desarrollo de nuevos materiales reciclables con propiedades superiores para FFF crea oportunidades para tener un gran impacto en la producción de plástico y expandir las capacidades de fabricación aditiva que tienen el potencial de reducir nuestra huella de carbono”, dijo Sungjin Kim de ORNL.
La impresión FFF requiere materiales que se puedan extrudir o empujar a través de una boquilla calentada para formar los hilos de las estructuras 3D, construidas capa por capa, como enrollar una cuerda. Como material termoplástico que responde al calor, el ABS funciona bien para el proceso porque puede fluir fácilmente y endurecerse rápidamente en estructuras rígidas y fuertes. Sin embargo, existen debilidades inherentes en la forma en que los hilos se apilan y se unen. El desarrollo de nuevas materias primas con propiedades superiores podría promover aplicaciones de alto rendimiento para FFF, pero ha sido difícil diseñarlas.
El equipo aplicó la química de "click" para convertir la composición química del ABS en un vitrímero, un tipo de polímero que combina la procesabilidad y reciclabilidad de los termoplásticos con las propiedades mecanoquímicas superiores de los termoestables, como el epoxi, que normalmente no son compatibles con FFF. La síntesis utiliza compuestos médicos ampliamente disponibles que se mezclan en un solo paso en condiciones suaves, seguido de curado con calor.
Los resultados muestran que el ABS reciclado logró aproximadamente el doble de dureza y resistencia que el ABS estándar, con una mayor resistencia a los solventes.
Los investigadores demostraron la excelente resistencia a la compresión del material con intrincadas estructuras geométricas impresas en 3D modeladas en alas de escarabajo. Una de las tantas nuevas utilidades en el ámbito de la impresión 3D.
“La resistencia a los solventes tiene un valor agregado porque nos permite separar fácilmente el ABS modificado de los desechos plásticos mezclados y sin clasificar que se encuentran comúnmente en los escenarios de reciclaje”, dijo Saito.
El equipo disolvió desechos plásticos mixtos en varios solventes y, en cada experimento, el ABS reciclado mantuvo su estructura, mientras que todos los demás plásticos, incluido el ABS, se disolvieron por completo.
“El enfoque es extremadamente versátil”, dijo Kim. “El ABS reciclado recuperado se puede reutilizar una y otra vez para FFF con una pérdida mínima de propiedades. También se puede combinar con ABS estándar y mixto, y se puede imprimir directamente como una mezcla”.
“Este esfuerzo demuestra un circuito cerrado para la fabricación de artículos de plástico, potencialmente con mayor valor y rendimiento, utilizando solo desechos plásticos existentes en una de las áreas más accesibles de la fabricación aditiva”, dijo Saito.
El artículo de la revista se publica como "Fabricación aditiva de circuito cerrado de plástico de productos básicos reciclados a través de la reticulación dinámica". El trabajo fue apoyado por el Programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por Laboratorio de ORNL y la Oficina de Ciencias.
Fuente: Oak Ridge National Laboratory | Closed-loop additive manufacturing fueled by upcycled plastic
