Termofixos, que incluem epóxis, poliuretanos, e borracha usada para pneus, são encontrados em muitos produtos que devem ser duráveis ​​e resistentes ao calor, como carros ou aparelhos elétricos. Uma desvantagem desses materiais é que eles normalmente não podem ser facilmente reciclados ou quebrados após o uso, porque as ligações químicas que os mantêm unidos são mais fortes do que aquelas encontradas em outros materiais, como termoplásticos.

Os químicos do MIT desenvolveram agora uma maneira de modificar plásticos termofixos com um ligante químico que torna os materiais muito mais fáceis de quebrar, mas ainda permite que retenham a resistência mecânica que os torna tão úteis.

Em um estudo publicado hoje em Natureza , os pesquisadores mostraram que poderiam produzir uma versão degradável de um plástico termofixo chamado pDCPD, quebre-o em pó, e use o pó para criar mais pDCPD. Eles também propuseram um modelo teórico sugerindo que sua abordagem poderia ser aplicável a uma ampla gama de plásticos e outros polímeros, como borracha.

"Este trabalho revela um princípio de design fundamental que acreditamos ser geral para qualquer tipo de termofixo com esta arquitetura básica, "diz Jeremiah Johnson, professor de química do MIT e autor sênior do estudo.

Peyton Shieh, um pós-doutorado da American Cancer Society no MIT, é o primeiro autor do artigo.

Difícil de reciclar

Os termofixos são uma das duas principais classes de plásticos, junto com termoplásticos. Os termoplásticos incluem polietileno e polipropileno, que são usados ​​para sacos plásticos e outros plásticos descartáveis, como embalagens de alimentos. Esses materiais são feitos aquecendo-se pequenos grânulos de plástico até que eles derretam, em seguida, moldá-los na forma desejada e deixá-los esfriar de volta em um sólido.

Termoplásticos, que representam cerca de 75 por cento da produção mundial de plástico, podem ser reciclados aquecendo-os novamente até que se tornem líquidos, para que possam ser remodelados em uma nova forma.

Os plásticos termofixos são feitos por um processo semelhante, mas uma vez que eles são resfriados de um líquido para um sólido, é muito difícil devolvê-los ao estado líquido. Isso ocorre porque as ligações que se formam entre as moléculas de polímero são fortes ligações químicas chamadas ligações covalentes, que são muito difíceis de quebrar. Quando aquecido, plásticos termofixos normalmente queimam antes de poderem ser remoldados, Johnson diz.

"Uma vez que eles são colocados em uma determinada forma, eles estão nessa forma por toda a vida, ", diz ele." Muitas vezes não há maneira fácil de reciclá-los. "

A equipe do MIT queria desenvolver uma maneira de reter os atributos positivos dos plásticos termofixos - sua resistência e durabilidade - ao mesmo tempo que os tornava mais fáceis de quebrar após o uso.

Em um artigo publicado no ano passado, com Shieh como autor principal, O grupo de Johnson relatou uma maneira de criar polímeros degradáveis ​​para entrega de drogas, incorporando um bloco de construção, ou monômero, contendo um grupo éter silílico. Este monômero é distribuído aleatoriamente por todo o material, e quando o material é exposto a ácidos, bases, ou íons como flúor, as ligações do éter silílico se quebram.

O mesmo tipo de reação química usado para sintetizar esses polímeros também é usado para fazer alguns plásticos termofixos, incluindo polidiciclopentadieno (pDCPD), que é usado para painéis de carroceria em caminhões e ônibus.

Usando a mesma estratégia do artigo de 2019, os pesquisadores adicionaram monômeros de éter silílico aos precursores líquidos que formam o pDCPD. Eles descobriram que se o monômero de éter silílico constituísse entre 7,5 e 10 por cento do material total, O pDCPD reteria sua resistência mecânica, mas poderia ser decomposto em um pó solúvel após a exposição a íons de flúor.

"Essa foi a primeira coisa empolgante que encontramos, "Johnson diz." Podemos tornar o pDCPD degradável sem prejudicar suas propriedades mecânicas úteis. "

Novos materiais

Na segunda fase do estudo, os pesquisadores tentaram reutilizar o pó resultante para formar um novo material pDCPD. Depois de dissolver o pó na solução precursora usada para fazer pDCPD, eles foram capazes de fazer novos termofixos pDCPD a partir do pó reciclado.

"Esse novo material quase indistinguível, e em alguns aspectos melhorou, propriedades mecânicas em comparação com o material original, "Johnson diz." Mostrar que você pode pegar os produtos de degradação e refazer o mesmo termoendurecível usando o mesmo processo é emocionante. "

Os pesquisadores acreditam que essa abordagem geral também pode ser aplicada a outros tipos de química termofixa. Neste estudo, eles mostraram que o uso de monômeros degradáveis ​​para formar as fitas individuais dos polímeros é muito mais eficaz do que o uso de ligações degradáveis ​​para "reticular" as fitas entre si, que já foi tentado antes. Eles acreditam que essa abordagem de fita clivável poderia ser usada para gerar muitos outros tipos de materiais degradáveis.

Se os tipos certos de monômeros degradáveis ​​podem ser encontrados para outros tipos de reações de polimerização, esta abordagem pode ser usada para fazer versões degradáveis ​​de outros materiais termofixos, como acrílicos, epóxis, silicones, ou borracha vulcanizada, Johnson diz.

Os pesquisadores agora esperam formar uma empresa para licenciar e comercializar a tecnologia. O MIT também concedeu à Millipore Sigma uma licença não exclusiva para fabricar e vender os monômeros de éter silílico para fins de pesquisa.

Patrick Casey, um consultor de novos produtos na SP Insight e um mentor do Deshpande Center for Technological Innovation do MIT, tem trabalhado com Johnson e Shieh para avaliar a tecnologia, incluindo a realização de alguns modelos econômicos preliminares e pesquisas de mercado secundárias.

"Discutimos essa tecnologia com alguns dos principais participantes da indústria, que nos dizem que promete ser bom para as partes interessadas em toda a cadeia de valor, "Casey diz." Os fabricantes de peças obtêm um fluxo de materiais reciclados de baixo custo; fabricantes de equipamentos, como empresas automotivas, podem cumprir seus objetivos de sustentabilidade; e os recicladores obtêm um novo fluxo de receita de plásticos termofixos. Os consumidores veem uma economia de custos, e todos nós teremos um ambiente mais limpo. "

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.