Agora, uma equipe de pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, do Departamento de Energia dos Estados Unidos (Berkeley Lab), projetou um plástico reciclável que, como um brinquedo de Lego, pode ser desmontado em suas partes constituintes no nível molecular e depois remontado uma forma, textura e cor diferentes de novo e de novo sem perda de desempenho ou qualidade. O novo material, chamado poli (dicetoenamina), ou PDK, foi publicado na revista Nature Chemistry.

“A maioria dos plásticos nunca foi feita para ser reciclada”, disse o principal autor Peter Christensen, pesquisador de pós-doutorado da Molecular Foundry de Berkeley Lab. “Mas descobrimos uma nova maneira de montar plásticos que leva em consideração a reciclagem de uma perspectiva molecular”.

Christensen fazia parte de uma equipe multidisciplinar liderada por Brett Helms, um cientista da equipe da Molecular Foundry de Berkeley Lab. Os outros co-autores são os pesquisadores de graduação Angelique Scheuermann (então da UC Berkeley) e Kathryn Loeffler (então da Universidade do Texas em Austin) que foram financiados pelo Programa de Estágio de Laboratório de Graduação em Ciências (SULI) do DOE na época do estudo. O projeto geral foi financiado pelo programa de Pesquisa e Desenvolvimento Dirigido por Laboratório do Berkeley Lab.

Todos os plásticos, de garrafas de água a peças de automóveis, são compostos de grandes moléculas chamadas polímeros, que são compostas de unidades repetitivas de compostos menores contendo carbono chamados monômeros.

De acordo com os pesquisadores, o problema com muitos plásticos é que os produtos químicos adicionados para torná-los úteis – como enchimentos que tornam um plástico resistente, ou plastificantes que tornam um plástico flexível – estão fortemente ligados aos monômeros e permanecem no plástico. mesmo depois de ter sido processado em uma usina de reciclagem.

Durante o processamento em tais plantas, plásticos com diferentes composições químicas – plásticos duros, plásticos elásticos, plásticos transparentes, plásticos coloridos – são misturados e triturados em pedaços. Quando essa mistura de plásticos cortados é derretida para fazer um novo material, é difícil prever quais propriedades herdarão dos plásticos originais.

Essa herança de propriedades desconhecidas e, portanto, imprevisíveis impediu que o plástico se tornasse o que muitos consideram o Santo Graal da reciclagem: um material “circular” cujos monômeros originais podem ser recuperados para reutilização pelo maior tempo possível, ou “upcycled” para produzir um novo. produto de maior qualidade.

Assim, quando uma sacola de compras reutilizável feita com plástico reciclado fica desgastada com o uso e o desgaste, ela não pode ser reciclada ou até mesmo reciclada para fazer um novo produto. E uma vez que a bolsa tenha chegado ao fim da sua vida, ela é incinerada para produzir calor, eletricidade ou combustível, ou acaba em um aterro sanitário, disse Helms.

“Circulares plásticos e plásticos upcycling são grandes desafios”, disse ele. “Já vimos o impacto de resíduos de plástico vazando em nossos ecossistemas aquáticos, e essa tendência provavelmente será exacerbada pelo aumento da quantidade de plásticos sendo fabricados e pela pressão a jusante que coloca em nossa infraestrutura municipal de reciclagem.”

Reciclagem de um monômero de plástico de cada vez

Os pesquisadores querem desviar plásticos dos aterros sanitários e dos oceanos, incentivando a recuperação e reutilização de plásticos, o que poderia ser possível com polímeros formados a partir de PDKs. “Com os PDKs, os laços imutáveis ​​dos plásticos convencionais são substituídos por ligações reversíveis que permitem que o plástico seja reciclado de forma mais eficaz”, disse Helms.

Ao contrário dos plásticos convencionais, os monômeros de plástico PDK poderiam ser recuperados e liberados de quaisquer aditivos compostos simplesmente mergulhando o material em uma solução altamente ácida. O ácido ajuda a quebrar as ligações entre os monômeros e separá-los dos aditivos químicos que dão ao plástico sua aparência e sensação.

“Estamos interessados ​​na química que redireciona o ciclo de vida dos plásticos de linear para circular”, disse Helms. “Nós vemos uma oportunidade de fazer a diferença para onde não há opções de reciclagem.” Isso inclui adesivos, capas de telefone, pulseiras de relógio, sapatos, cabos de computador e termofixos duros que são criados por moldagem de material plástico quente.

Os pesquisadores descobriram pela primeira vez a excitante propriedade circular dos plásticos baseados em PDK quando Christensen estava aplicando vários ácidos em objetos de vidro usados ​​para fazer adesivos PDK, e notou que a composição do adesivo havia mudado. Curioso sobre como o adesivo pode ter sido transformado, Christensen analisou a estrutura molecular da amostra com um instrumento de espectroscopia de RMN (ressonância magnética nuclear). “Para nossa surpresa, eles eram os monômeros originais”, disse Helms.

Depois de testar várias formulações na Fundição Molecular, eles demonstraram que não apenas o ácido quebra os polímeros de PDK em monômeros, mas o processo também permite que os monômeros sejam separados dos aditivos entrelaçados.

Em seguida, eles provaram que os monômeros PDK recuperados podem ser transformados em polímeros, e esses polímeros reciclados podem formar novos materiais plásticos sem herdar a cor ou outras características do material original – para que a pulseira preta quebrada que você jogou no lixo pudesse encontrar novos vida como um teclado de computador, se for feito com plástico PDK. Eles também poderiam upcycle o plástico, adicionando recursos adicionais, tais como flexibilidade.

Movendo-se em direção a um futuro circular de plástico

Os pesquisadores acreditam que seu novo plástico reciclável pode ser uma boa alternativa para muitos plásticos não recicláveis ​​em uso atualmente.

“Estamos em um ponto crítico em que precisamos pensar sobre a infra-estrutura necessária para modernizar as instalações de reciclagem para posterior triagem e processamento de resíduos”, disse Helms. “Se essas instalações fossem projetadas para reciclagem ou reciclagem de PDK e plásticos relacionados, poderíamos efetivamente desviar o plástico dos aterros e dos oceanos. Este é um momento estimulante para começar a pensar em como projetar materiais e instalações de reciclagem para permitir plásticos circulares “, disse Helms.

Os pesquisadores planejam desenvolver plásticos PDK com uma ampla gama de propriedades térmicas e mecânicas para aplicações tão diversas quanto têxteis, impressão 3D e espumas. Além disso, eles buscam expandir as formulações incorporando materiais à base de plantas e outras fontes sustentáveis.

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