Rigenerazione delle plastiche con la luce 

I polimeri azobenzenici, attualmente utilizzati per scopi di ricerca come materiale del futuro per vernici e inchiostri, possono essere portati dallo stato solido a quello liquido utilizzando la luce, grazie a un processo ecologico che viene eseguito a temperatura ambiente. Dal momento che le configurazioni cis e trans di queste materie plastiche possiedono proprietà termiche differenti, i polimeri con struttura chimica del secondo tipo presentano una mobilità tale da renderli stampabili a temperatura ambiente. Pertanto, questi materiali non devono più essere necessariamente esposti all’azione di solventi o riscaldati in preparazione al processo. Al contempo, ciò consente di ridurre l’inquinamento delle acque e di evitare la formazione di fumi tossici in fase di riscaldamento. 
I robusti materiali plastici trovano ampio utilizzo come vernici in una vasta gamma di applicazioni, dai piccoli mobili alle grandi macchine industriali. Questi polimeri, costituiti da lunghe catene molecolari, risultano tuttavia difficili da processare allo stato solido, e possono essere utilizzate come vernici soltanto quando si trovano allo stato liquido. Finora, il passaggio da uno stato all’altro richiedeva l’impiego di metodi complessi e inquinanti.

La luce modifica in maniera reversibile la temperatura di transizione vetrosa dei polimeri
Il team del dottor Si Wu, direttore di progetto presso l’Istituto Max Planck per la ricerca sui polimeri (MPI-P), ha scoperto un modo ecologico e reversibile per eseguire questo passaggio sfruttando l’esempio dei polimeri azobenzenici. L’isomeria trans stabile dei polimeri azobenzenici, caratterizzati da una struttura parallela e ordinata con la massima sovrapposizione delle molecole, possiede una temperatura di transizione vetrosa (Tg) pari a circa 50 gradi Celsius, mentre la temperatura alla quale la configurazione cis più instabile passa allo stato fuso, diventando mobile, corrisponde approssimativamente a -10°C. Grazie alla Tg  particolarmente bassa, quest’ultimo tipo di struttura presenta già una mobilità sufficiente per consentire la lavorazione a temperatura ambiente.
Sfruttando la sensibilità dell’azobenzene alla luce, i ricercatori sono in grado di convertire i polimeri da una configurazione all’altra. A tale scopo, i polimeri vengono irradiati con lunghezze d’onda differenti: l’azobenzene con isomeria trans assorbe una radiazione ultravioletta di 365 nanometri, provocando il passaggio del polimero alla configurazione cis. Sulla linea di produzione industriale, ciò consente di plasmare il materiale plastico, convertito nella forma descritta, in base all’applicazione specifica cui esso è destinato. Successivamente, per far tornare il polimero all’isomeria trans, questo viene irradiato con luce verde da 530 nanometri, che lo riporta nuovamente allo stato solido. In alternativa, è possibile indurre lo stato trans, più stabile dal punto di vista termodinamiche, mediante riscaldamento.

Informazioni precise grazie a misurazioni ad alta sensibilità
Al fine di determinare le Tg delle due configurazioni, gli scienziati si sono avvalsi di metodi di analisi differenti. Prima e dopo l’irradiazione, sono state misurate le proprietà individuali degli stereoisomeri, utilizzando, tra le altre metodologie, l’analisi meccanica dinamica e la calorimetria differenziale a scansione. Queste tecnologie misurano le proprietà termiche delle materie plastiche, e indicano se un polimero è destinato a comportarsi come un materiale solido o liquido, oltre a consentire di determinare le transizioni di fase, ovvero i punti di fusione e di ebollizione.

Ciclo di vita esteso e scarti ridotti
La scoperta degli scienziati del MPI-P va a beneficio sia dell’ambiente che dell’industria manifatturiera: “La crescente quantità di rifiuti plastici rappresenta una sfida globale”, spiega il chimico polimerico Wu. “I risultati da noi ottenuti contribuiscono a estendere la vita utile delle materie plastiche. In presenza di graffi o tagli, infatti, il polimero può essere facilmente riprocessato o riparato portandolo da uno stato rigido e vetroso a uno morbido e gommoso, e viceversa. In questo modo, i materiali plastici del futuro trasformeranno il circolo vizioso di dismissione e scarto in un circolo virtuoso di dismissione e riutilizzo”.