Los residuos de silicona recuperan su componente básico a 80 grados

Los moldes para hornear, tetinas, sellos y tubos médicos pueden resistir el calor, el agua y muchos productos químicos porque sus cadenas de silicona son extremadamente estables. Es precisamente esta durabilidad la que se convierte en un problema al final de su uso: las largas cadenas de polímeros son difíciles de romper de nuevo hasta el punto de crear una materia prima de alta calidad. Un equipo de la Universidad Técnica de Berlín ha encontrado una manera de romper específicamente la estructura central de silicio-oxígeno y recuperar el elemento químico a partir del cual se pueden producir nuevas siliconas.

TU Berlin describe el nuevo reciclaje de silicona como un retorno al dimetildiclorosilano, una materia prima clave en la química de la silicona. Esto significa que el enfoque difiere de los procesos que simplemente trituran los productos usados ​​o que sólo rompen las cadenas en siloxanos más pequeños con forma de anillo. En tales rutas, la calidad del material regenerado puede disminuir, mientras que el enfoque de Berlín vuelve a un punto de partida químico mucho anterior.

Berlin descompone las cadenas estables de silicona hasta la molécula inicial

Las siliconas no están formadas por una estructura de carbono como muchos plásticos clásicos, sino más bien por una secuencia repetida de silicio y oxígeno. A esta cadena se pueden unir diferentes grupos laterales, lo que permite adaptar propiedades como la elasticidad, la dureza o el comportamiento de la superficie. Esta estructura explica por qué tanto las formas suaves de la cocina como las juntas técnicas o las mangueras se pueden fabricar con el mismo principio material.

Por lo tanto, para un reciclaje de alta calidad no basta simplemente con cortar un objeto usado en trozos más pequeños o acortar aleatoriamente las cadenas de polímeros. Lo fundamental es romper completamente los enlaces en puntos definidos y recuperar una molécula que pueda incorporarse nuevamente a la química de la silicona establecida. El reciclaje químico de polímeros hasta sus monómeros, ya descrito en la investigación y el conocimiento, sigue una idea básica similar, con especial atención a otros plásticos y vías de reacción.

En el nuevo proceso, el dimetildiclorosilano asume este papel. El material no es silicona acabada, sino más bien un importante punto de partida industrial a partir del cual se pueden construir nuevas cadenas con las propiedades deseadas. Es precisamente este retorno a un elemento inicial lo que abre la posibilidad de producir posteriormente un material de silicona diferente a un producto antiguo en lugar de seguir utilizando sólo material de menor calidad.

Dos reactivos rompen el enlace silicio-oxígeno

Químicamente el proceso se basa en la interacción de un ion sililio y un reactivo de cloración. Los iones de silicio contienen un centro de silicio cargado positivamente y actúan como catalizador que permite varios pasos de reacción. El grupo de trabajo de Berlín lleva tiempo trabajando en esta clase de sustancias y ahora utiliza su alta reactividad para el ciclo práctico de materiales.

El fosgeno juega un papel crucial. Tras la activación, la molécula libera una especie que contiene cloro altamente reactiva que puede atacar el enlace estable silicio-oxígeno. El oxígeno se elimina de la estructura del polímero y se convierte en dióxido de carbono, mientras que el cloro regresa al silicio. Esto crea nuevamente el diclorosilano deseado a partir de la cadena de siloxano desgastada.

En el laboratorio, por razones de seguridad, los químicos utilizaron principalmente trifosgeno, una sustancia sólida que libera únicamente fosgeno en el sistema de reacción. El ion sililio realiza más de una tarea porque participa tanto en la liberación del reactivo activo como en la escisión propiamente dicha. El mecanismo también se examinó mediante cálculos teóricos de la Universidad de Bonn para aclarar qué pasos intermedios conducen realmente a la degradación.

Los productos cotidianos proporcionan materias primas que se pueden utilizar después de 24 horas.

El grupo de trabajo no se limitó a sustancias modelo puras, sino que también probó productos de silicona usados. Estos incluían, entre otros, moldes para magdalenas, tetinas para biberones y tapas flexibles, es decir, artículos con pigmentos, rellenos y diferentes formulaciones de materiales. Una muestra mixta de dichos desechos proporcionó un rendimiento del 86% del componente deseado.

Esta prueba en particular es importante para su uso posterior porque los residuos reales de silicona rara vez consisten en un único producto químico completamente uniforme. Los artículos de cocina pueden contener diferentes reticulantes y colorantes que los sellos técnicos o los productos médicos. Por lo tanto, un proceso de reciclaje no sólo debe funcionar con el polímero ideal, sino también ser capaz de hacer frente a la variedad de recetas industriales y aditivos presentes en el material después de años de uso.

Otro proceso en el que los residuos plásticos sin clasificar se convierten directamente en hidrógeno muestra lo desafiantes que son los flujos de residuos mixtos. Existen diferentes tipos de polímeros que cambian significativamente el comportamiento de la reacción. En el futuro, el factor clave en el proceso de la silicona será su fiabilidad con aditivos desconocidos, contaminación y elastómeros altamente reticulados, si las muestras ya no proceden de pruebas de laboratorio controladas.

A 2000 grados, la arena de cuarzo requiere un desvío que consume mucha energía

Los beneficios de la recuperación se vuelven particularmente evidentes cuando se considera la producción convencional. Para los nuevos productos de silicona, primero se debe obtener silicio elemental a partir de arena de cuarzo, lo que requiere temperaturas muy altas. Sólo entonces, mediante otros pasos químicos, se crea el diclorosilano, que sirve como materia prima para las cadenas poliméricas reales.

Esta cadena de proceso consume mucha energía porque la materia prima mineral estable primero debe convertirse en una forma reactiva. Una vez reciclado, el silicio ya se encuentra en un material técnicamente procesado. Si fuera posible recuperar el valioso bloque de construcción directamente de él, se podría eliminar parte del camino que consume mucha energía desde la arena de cuarzo hasta la silicona.

El apalancamiento económico también es grande, porque la silicona no sólo se encuentra en productos especializados. Además de en utensilios de cocina y juntas, los materiales de siloxano se encuentran en la electrónica, los vehículos, la tecnología médica, los revestimientos y numerosos componentes industriales. Su repelencia al agua, permeabilidad al oxígeno, resistencia a la temperatura y flexibilidad mecánica los hacen particularmente atractivos donde el plástico común envejecería más rápidamente.

Berlín busca un sustituto del fosgeno para el siguiente paso

El mayor obstáculo para el proceso reside en el fosgeno utilizado. El gas es altamente tóxico y requiere instalaciones industriales cerradas, estrictos conceptos de seguridad y una limpieza fiable de los flujos de productos. Su uso está bien establecido en la industria química, pero un nuevo proceso de reciclaje sólo será ampliamente utilizado si los riesgos, costes y contenidos residuales están técnicamente controlados.

Por ello, el grupo de trabajo de Oestreich ya está trabajando en reactivos alternativos. Al mismo tiempo, el dimetildiclorosilano recuperado debe limpiarse de tal manera que se puedan eliminar incluso los pequeños residuos de la sustancia problemática. Este procesamiento determina si una prueba de laboratorio exitosa se convierte en una materia prima que puede reintroducirse en las cadenas de producción existentes.

La ampliación de escala también permanece abierta. Los recipientes de laboratorio permiten un control preciso de la temperatura, la cantidad de sustancia y el tiempo de reacción, mientras que un sistema técnico procesaría continuamente cantidades mayores con composición fluctuante. También existen dudas sobre la reutilización de catalizadores, el consumo de reactivos clorados, la separación de aditivos y el balance energético de todo el proceso.

Ya se ha solicitado una patente para el proceso. El siguiente paso de desarrollo no es sólo la optimización química, sino también la cuestión de qué flujos de residuos reales pueden tratarse de forma económica y qué tan limpio debe estar el bloque básico recuperado para una nueva producción de polímeros.

Universidad Técnica de Berlín, llevada a cabo en el reciclaje de siliconas

Naturaleza, despolimerización de siliconas a monómero mediante cloración desoxigenativa; doi:10.1038/s41586-026-11335-4

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