Escaparate Tecnológico

Problema a resolver

Los poliuretanos son un tipo de polímero muy recalcitrante, ampliamente utilizados en la fabricación de aislantes térmicos y que también podemos encontrar en un gran número de productos de consumo cotidiano, tales como colchones, asientos, mobiliario o esponjas de limpieza.  

La producción de espuma de poliuretano en Europa es de varias decenas de millones toneladas al año, y crece a un ritmo anual del 5%. El aumento y la demanda de este material acarrea un dramático impacto medioambiental, siendo la diseminación en vertederos y la incineración los principales destinos de estos residuos. 

Hasta la fecha, los procedimientos de despolimerización del poliuretano se basan en procesos de glicólosis o de acidólisis del polímero con el fin de recuperar los polioles inicialmente utilizados como materiales de partida. No obstante, tales métodos son lentos y poco selectivos, ya que ocurren a temperaturas extremas (180 -280 ºC), lo que provoca reacciones secundarias indeseadas y genera unos polioles reciclados ennegrecidos de menor aceptabilidad comercial. Además, en los casos en los que se emplea disolventes en la reacción, se requiere de una etapa posterior de purificación para que dicha masa sea apta.

La ausencia de procedimientos de reutilización rentables y fáciles de implementar, el espacio limitado y aumento de los costos en los vertederos, unido al endurecimiento de las normativas ambientales y a la mayor sensibilización de la sociedad por mejorar la sostenibilidad de nuestro modo de vida, determinan la necesidad de desarrollar e implementar alternativas sostenibles para la eliminación de los residuos de poliuretano, preferiblemente mediante su reincorporación a la cadena de consumo. Estas necesidades y carencias han puesto en el punto de mira a la despolimerización molecular de los residuos de poliuretano como una de las estrategias de mayor interés en la actualidad.

Descripción

Esta propuesta se refiere a un nuevo procedimiento de despolimerización de residuos de espumas de poliuretano, mediante el cual dichos desechos se transforman en los compuestos que dieron lugar a su síntesis; esto es, polioles y diaminas procedentes de los diisocianatos, con el fin de ser re-incorporados a un nuevo proceso de síntesis de poliuretano, promoviéndose así las ventajas económicas y medioambientales propias del desarrollo sostenible y la economía circular. 

 El procedimiento consiste en mezclar la masa de poliuretano (triturada) procedente de productos retirados postconsumo y residuos de postproducción, con un medio de reacción de despolimerización, compuesto por un líquido iónico, un catalizador básico y un agente  nucleófilo, en una proporción de peso específica entre la masa desecho y el medio de reacción. La mezcla se lleva a cabo en condiciones de reacción suaves, a temperaturas bajas, entre 80-100ºC, y durante un periodo comprendido entre 2 y 10 horas.

En una segunda etapa del procedimiento, que consiste en el lavado preferencialmente con agua, se obtienen dos fracciones inmiscibles de la mezcla anterior, una primera fracción, que comprende la masa de poliol recuperado y una segunda fracción, que comprende al menos el líquido iónico y el catalizador superbásico utilizado. Esta etapa también ocurre a temperaturas inferiores a 100 ºC. De la misma manera el procedimiento contempla una etapa adicional de secado, para que una vez finalizada la segunda etapa se pueda reducir el contenido de agua existente haciendo el material resultante apto para su reutilización.

El líquido iónico es el compuesto mayoritario del medio de reacción donde se produce la despolimerización de los residuos, tratándose de sustancias químicas formadas exclusivamente por iones y que presentan un punto de fusión inferior a 100ºC. Entre sus propiedades fisicoquímicas destaca su volatilidad prácticamente nula, lo que los convierte en una alternativa no contaminante, recuperable y reutilizable frente a los disolventes orgánicos volátiles.

La verificación de la idoneidad de dicho material se puede comprobar mediante una simple prueba de solubilidad en disolventes orgánicos. Si la fracción semisólida resultante se disuelve por completo indicará que la despolimerización ha sido total.

El resultado final tras la aplicación del procedimiento es la obtención de un poliol de color blanco como los originales utilizados en la fabricación del poliuretano y que puede ser directamente empleado en la obtención de nueva espuma de poliuretano, presentando una mayor aceptación comercial.

Ventajas / Beneficios

• Contribución a la economía circular gracias a la sustitución de disolventes orgánicos por el empleo de líquidos iónicos, que al ser recuperables y reutilizables contribuyen a reducir la contaminación. El hecho de poder dar una segunda vida a estos residuos al llegar al compuesto original promueve un menor uso de materias primas lo que repercuta también en un menor impacto medioambiental, y un ahorro económico.
• Ahorro energético, ya que se consigue que el proceso de despolimerización se lleve a cabo en rangos de temperaturas inferiores a los 100 ºC.
• Sencillez y seguridad operativa. Los tiempos de reacción del procedimiento están por debajo de las 10 horas, lo que sumado a la posibilidad de trabajar a temperaturas bajas simplifica los sistemas operacionales, y facilita el control y la seguridad del proceso.
• Simplificación del proceso de despolimerización, ya que se elimina la necesidad de realizar una etapa de purificación para emplear posteriormente los polioles en la obtención de un nuevo poliuretano, puesto que la masa resultante del proceso es fácilmente separable del medio de reacción.
• Mayor eficiencia, las fracciones obtenidas son aptas para su reutilización sin necesidad de emplear disolventes lo que también se traduce en una aminoración de efectos secundarios indeseados.
• Aceptación comercial. Los polioles obtenidos tras la aplicación del procedimiento son de color blanco, frente a los de color negro obtenidos por otros métodos existentes, lo que incrementa su aceptación comercial a la hora de ser utilizados en la obtención de nuevos poliuretanos de aplicación doméstica o industrial. 

Aplicaciones

Las principales aplicaciones industriales de este procedimiento están orientadas al tratamiento y reciclaje de espumas de poliuretanos presentes en residuos de productos retirados postconsumo y residuos de postproducción, con el objetivo de obtener nuevos polioles reciclados que puedan ser introducidos de nuevo en la cadena de producción para la obtención de nuevas espumas de poliuretano. 

Estado de desarrollo / Protección

La tecnología ha sido validada con éxito a nivel de laboratorio empleando residuos de espuma de poliuretano de diferente origen. La tecnología se encuentra protegida mediante patente nacional española, extendida internacionalmente mediante procedimiento PCT y en situación de poder entrar en fases nacionales/regionales.

Pie de foto: Imagen 1: Residuos de espumas de poliuretano. Imagen 2: Ejemplos de polioles recuperados tras el proceso de despolimerización del PU con el procedimiento patentado, y tras una segunda etapa de lavado con agua