Il biopolietilene è un polimero ottenuto da fonti rinnovabili che presenta le stesse caratteristiche di quello ottenuto da fonti petrolifere.
Il biopolietilene è un polimero termoplastico appartenente alla classe delle poliolefine e può essere lavorato come il polietilene.
Detto anche polietilene green è una bioplastica ovvero un materiale prodotto da biomassa. Esempi di biomassa sono mais, canna da zucchero o cellulosa usate in sostituzione dei derivati da fonti fossili come il petrolio.
È importante osservare che bio-based non significa necessariamente biodegradabile. Pertanto alcune bioplastiche sono biodegradabili, come l’acido polilattico e i poliidrossialcanoati mentre altre non lo sono come il bionylon o il biopoliestere.
La biodegradabilità non dipende, infatti, dal materiale con cui è stata ottenuta la bioplastica ma dalla sua struttura chimica.
Ci sono quindi plastiche completamente a base biologica che sono non biodegradabili e, alcune a base fossile che possono biodegradarsi in determinate condizioni ambientali
Pur essendo non biodegradabile il biopolietilene riduce la dipendenza dalle risorse di petrolio.
Grazie ai progressi delle biotecnologie vi è quindi un crescente interesse per la sintesi di polimeri tradizionali utilizzando risorse biologiche a basso costo.
Il polietilene è costituito da una lunga catena di atomi di carbonio ciascuno dei quali è legato a due atomi di idrogeno.
Sintesi del biopolietilene
Il monomero da cui si ottiene il polietilene è l’etene H2C=CH2 che è il più semplice degli alcheni. Si ottiene, secondo i metodi tradizionali dall’industria petrolchimica per pirolisi degli idrocarburi o per disidratazione dell’etanolo.
Una volta ottenuto l’etene da fonti rinnovabili si può ottenere il biopolietilene con gli stessi metodi con cui si ottiene il polietilene
Produzione di bioetanolo
Il primo passaggio per ottenere il biopolietilene è la produzione di bioetanolo che avviene per fermentazione degli zuccheri.
Il bioetanolo di prima generazione era ottenuto colture alimentari utilizzando, come materie prime:
- grano
- mais
- patate
- barbabietole
- canna da zucchero
Tuttavia la crescita della popolazione mondiale e la necessità di fornire adeguati mezzi di sostentamento ha spinto la ricerca a soluzioni alternative. L’utilizzo di fonti commestibili, unitamente alla scarsa possibilità di ampliare le colture, era quindi una strada poco praticabile.
Pertanto, le fonti non commestibili di biomassa, come i materiali lignocellulosici, sono esplorate come risorse per la produzione di bioetanolo sostenibile. La fermentazione che consente la produzione di bioetanolo da una risorsa di biomassa non utilizzata costituisce quindi una nuova generazione più promettente e sostenibile.
Sono allo studio nuove fonti di bioetanolo utilizzando le alghe. Queste possono assorbire rapidamente anidride carbonica, accumulare alte concentrazioni di lipidi e carboidrati, essere facilmente coltivate e richiedere meno terra rispetto alle piante terrestri
Classificazione del biopolietilene
Analogamente al polietilene il biopolietilene può essere così classificato:
- UHMWPE ad altissimo peso molecolare con struttura cristallina e molecole ben impaccate ottenuto per polimerizzazione per coordinazione di metalloceni
- HDPE ad alta densità scarsamente ramificato ottenuto per polimerizzazione con catalizzatori Ziegler-Natta
- LDPE a bassa densità più ramificato dell’HDPE e ottenuto per polimerizzazione radicalica
- LLDPE lineare a bassa densità ottenuto per polimerizzazione di etene e α olefine con catalizzatori Ziegler-Natta
- MDPE a media densità con un numero inferiore di ramificazioni rispetto al LDPE
- PEX reticolato ottenuto dall’HDPE in presenza di perossidi
Dal bioetanolo all’etene
L’etene si ottiene tramite una reazione di disidratazione ovvero una reazione che avviene con perdita di acqua. In chimica organica molte reazioni di disidratazione avvengono quando il reagente contiene un gruppo –OH come, ad esempio nel caso degli alcoli.
Il gruppo –OH è, tuttavia, un cattivo gruppo uscente. Pertanto è necessario operare in ambiente acido in modo che esso sia protonato per dare –OH2+ che è un buon gruppo uscente affinché possa verificarsi la reazione di disidratazione.
Stadi:
Nel primo stadio avviene la protonazione del gruppo -OH
Nel secondo stadio si ha la fuoriuscita del gruppo –OH2+ con formazione del carbocatione
Nel terzo stadio e ultimo stadio si forma l’etene che costituisce il monomero di partenza per la sintesi del biopolietilene
