Grazie al punto di rottura predeterminato integrato I ricercatori sviluppano un polistirolo biodegradabile

Il polistirolo è una delle materie plastiche più importanti al mondo, ma finora è stato considerato poco sostenibile. Un gruppo di ricerca ha ora sviluppato un polistirolo alternativo che contiene materie prime rinnovabili, può essere prodotto in modo efficiente dal punto di vista energetico ed è biodegradabile. 

Si trova negli imballaggi protettivi per televisori ed elettrodomestici, nelle modanature decorative e nei battiscopa per l’arredamento interno delle case e anche nelle piastre di Petri: Il polistirolo è una delle materie plastiche più importanti al mondo. Ne vengono prodotte. Finora il materiale è stato ricavato prevalentemente dal petrolio greggio ed è difficilmente riciclabile.

Secondo quanto dichiarato dal team stesso, un gruppo di ricerca guidato dal Centro Helmholtz Hereon ha ora sviluppato un polistirolo più sostenibile. «I fattori relativi alle materie prime biodegradabili, al consumo energetico e al riciclaggio rappresentano un grande passo avanti», afferma il dottorando Phannaro Nhem.  Al progetto hanno partecipato anche ricercatori dell’Università Tecnica del Brandeburgo di Cottbus-Senftenberg (BTU), dell’Università Libera di Berlino e dell’Università Helmut Schmidt di Amburgo.

50% di materie prime rinnovabili

Il polistirolo disponibile in commercio si ottiene facendo reagire tra loro le molecole di stirene fino a formare la plastica. In questo processo, le molecole di stirene si uniscono formando una catena stabile. Il recipiente in cui avviene la reazione deve essere riscaldato a tale scopo. 

Il team ha integrato le molecole di stirene con il composto chimico anidride itaconica, che può essere prodotta tramite fermentazione a partire da carboidrati vegetali come lo zucchero. Il polistirene contiene quindi circa il 50% di tale materia prima di origine biologica. Anziché utilizzare recipienti di reazione riscaldati, i ricercatori hanno impiegato la radiazione a microonde come fonte di calore. 

«È come nella cucina di casa. Riscaldare il cibo sui fornelli richiede molto tempo e consuma molta energia. Le microonde sono più veloci», afferma Phannaro Nhem. «Finora la tecnologia a microonde non ha ancora trovato ampia diffusione nella sintesi dei polimeri», afferma Francesca Toma, direttrice dell’Istituto Hereon per i materiali funzionali per la sostenibilità. I risultati, tuttavia, dimostrerebbero che potrebbe affermarsi come alternativa più efficiente dal punto di vista energetico per i processi di polimerizzazione controllata.

Punto di rottura predeterminato per il riciclaggio

Inoltre, il team ha utilizzato il composto dibenzo[c,e]ossepano-5-tione (DOT) come monomero, integrando così gruppi tioestere nel materiale. Questi elementi costitutivi fungono, all’interno della rete polimerica, da punti di rottura predeterminati. Ciò consente in seguito di scomporre chimicamente il materiale in frammenti più piccoli. 

«A differenza del polistirolo tradizionale, la nostra variante si frantuma in piccoli frammenti», spiega Nhem. Anche i batteri sarebbero in grado di metabolizzare i piccoli frammenti di polistirolo, mentre non lo sono con il polistirolo classico, dalla struttura compatta. 

«Il nuovo polimero è stato sviluppato secondo il principio del “Design for Degradation”, ovvero la degradazione controllata al termine del suo ciclo di vita», aggiunge Toma. In questo modo, apre la strada al polistirene verso cicli chiusi dei materiali e verso l’economia circolare.

Sono possibili numerose applicazioni

I primi esperimenti dimostrano che il materiale può essere lavorato su presse a iniezione. Con l’attuale impianto di laboratorio, il team ha inizialmente realizzato mini-piastre di Petri delle dimensioni di una moneta da 1 euro. In prospettiva, tuttavia, sono ipotizzabili numerose applicazioni. Inoltre, le prime analisi condotte con cellule staminali umane indicano che il materiale presenta una buona biocompatibilità ed è adatto alle colture cellulari tanto quanto il polistirolo disponibile in commercio.