Studio di metodi di riciclo dell'acido polilattico

Abstract

In questo lavoro di tirocinio, ci si è concentrati sullo sviluppo di un processo di depolimerizzazione, a partire da un PLA commerciale lineare ad alto peso molecolare, che consentisse la sintesi di polimeri con geometria a stella utilizzando una reazione di alcolisi in soluzione. L’idea alla base della ricerca è stata quella di preparare polimeri a basso peso molecolare con elevata funzionalità terminale, da applicare come additivi in settori quali il packaging. A questo scopo, sono stati utilizzati tre tipi di solventi: uno convenzionalmente utilizzato nella sintesi e caratterizzazione del PLA, il tetraidrofurano, e due non convenzionali, preparati da fonti rinnovabili, il cyrene e il 2-metiltetraidrofurano. Inoltre, la reazione di alcolisi è stata effettuata utilizzando due polioli bio-based, il pentaeritritolo e il dipentaeritritolo, e un catalizzatore applicato per la prima volta dal gruppo di ricerca nel processo di riciclo del PLA da fuso, lo stearato di zinco. In particolare, è stata analizzata l’influenza del tipo e della concentrazione del polialcol sulle caratteristiche finali dei materiali. Si è valutata, inoltre, la possibilità di recuperare il cyrene, utilizzato nella reazione di alcolisi, contenente acqua utilizzata nel work-up del polimero, attraverso un processo di distillazione. La seconda parte del lavoro si è focalizzata sulla messa a punto di una reazione di amminolisi, processo effettuato con l’obiettivo di preparare oligomeri a base di PLA, recanti un tiolo terminale, partendo sempre da un polimero commerciale lineare ad alto peso molecolare, che mima un PLA da riciclo. In particolare, è stato studiato un metodo di preparazione e purificazione della cisteamina, ammina di tipo bio-based utilizzata nella reazione di amminolisi, partendo dal suo cloridrato. Inoltre, sono state effettuate amminolisi di diversa durata, mezz’ora, un’ora e settantadue ore, al fine di valutare l’effetto del tempo di reazione sulle caratteristiche finali dei prodotti.

In this internship work, we focused on the development of a depolymerization process, starting from a commercial linear high molecular weight PLA, which would allow the synthesis of star-shaped polymers using an alcoholysis reaction in solution. The idea behind the research was to prepare low molecular weight polymers with high terminal functionality, to be applied as additives in sectors such as packaging. For this purpose, three types of solvents were used: one conventionally used in the synthesis and characterization of PLA, tetrahydrofuran, and two unconventional ones, prepared from renewable sources, cyrene and 2-methyltetrahydrofuran. Furthermore, the alcoholysis reaction was carried out using two bio-based polyols, pentaerythritol and dipentaerythritol, and a catalyst applied for the first time by the research group in the recycling process of melted PLA, zinc stearate. In particular, the influence of the type and concentration of polyalcohol on the final characteristics of the materials was analysed. Furthermore, the possibility of recovering the cyrene, used in the alcoholysis reaction, containing water used in the polymer work-up, through a distillation process was evaluated. The second part of the work focused on the development of an aminolysis reaction, a process carried out with the aim of preparing PLA-based oligomers, bearing a terminal thiol, always starting from a linear commercial polymer with high molecular weight, which mimics a recycled PLA. In particular, a method of preparation and purification of cysteamine, a bio-based amine used in the aminolysis reaction, was studied, starting from its hydrochloride. Furthermore, aminolysis of different durations, half an hour, one hour and seventy-two hours, were carried out in order to evaluate the effect of the reaction time on the final characteristics of the products.