Materiais plásticos multicamadas são onipresentes em embalagens de alimentos e suprimentos médicos, particularmente uma vez que os polímeros em camadas podem dar a esses filmes propriedades específicas, como resistência ao calor ou controle de oxigênio e umidade. Mas apesar de sua utilidade, esses plásticos sempre presentes são impossíveis de reciclar usando métodos convencionais.

Cerca de 100 milhões de toneladas de termoplásticos multicamadas - cada um composto de até 12 camadas de polímeros variados - são produzidos globalmente a cada ano. Quarenta por cento desse total são resíduos do próprio processo de fabricação, e porque não houve maneira de separar os polímeros, quase todo esse plástico vai para aterros ou incineradores.

Agora, Os engenheiros da Universidade de Wisconsin-Madison foram os pioneiros em um método para recuperar os polímeros nesses materiais usando solventes, uma técnica que eles apelidaram de processamento de recuperação e precipitação direcionada por solvente (STRAP). Sua prova de conceito é detalhada hoje (20 de novembro, 2020) no jornal Avanços da Ciência .

Ao usar uma série de lavagens com solvente guiadas por cálculos termodinâmicos de solubilidade do polímero, Os professores de engenharia química e biológica da UW-Madison George Huber e Reid Van Lehn e seus alunos usaram o processo STRAP para separar os polímeros em um plástico comercial composto de materiais de estratificação comuns de polietileno, álcool etileno vinílico, e tereftalato de polietileno.

O resultado? Os polímeros separados parecem quimicamente semelhantes aos usados ​​para fazer o filme original.

A equipe agora espera usar os polímeros recuperados para criar novos materiais plásticos, demonstrando que o processo pode ajudar a fechar o ciclo de reciclagem. Em particular, poderia permitir que os fabricantes de plástico multicamadas recuperassem 40% dos resíduos plásticos produzidos durante os processos de produção e embalagem.

"Demonstramos isso com um plástico multicamadas, "diz Huber." Precisamos experimentar outros plásticos multicamadas e precisamos escalar essa tecnologia. "

À medida que a complexidade dos plásticos multicamadas aumenta, o mesmo acontece com a dificuldade de identificar solventes que podem dissolver cada polímero. É por isso que o STRAP conta com uma abordagem computacional usada por Van Lehn, chamada de Modelo de Triagem Tipo Condutor para Solventes Realistas (COSMO-RS) para guiar o processo.

COSMO-RS é capaz de calcular a solubilidade de polímeros alvo em misturas de solventes em temperaturas variáveis, reduzindo o número de solventes potenciais que podem dissolver um polímero. A equipe pode então explorar experimentalmente os solventes candidatos.

"Isso nos permite lidar com esses sistemas muito mais complexos, que é necessário se você realmente quer fazer uma marca no mundo da reciclagem, "diz Van Lehn.

O objetivo é desenvolver um sistema computacional que permitirá aos pesquisadores encontrar combinações de solventes para reciclar todos os tipos de plásticos multicamadas. A equipe também espera analisar o impacto ambiental dos solventes que usa e estabelecer um banco de dados de solventes verdes que lhes permitirá equilibrar melhor a eficácia, custo e impacto ambiental de vários sistemas de solventes.

O projeto decorre da experiência da UW-Madison em catálise. Por décadas, os pesquisadores de engenharia química e biológica da universidade foram os pioneiros em reações baseadas em solventes para converter biomassa - como madeira ou resíduos agrícolas - em produtos químicos úteis ou precursores de combustível. Grande parte dessa experiência também se traduz na reciclagem de polímeros à base de solvente.

A equipe está continuando sua pesquisa sobre processamento de STRAP por meio do recém-criado Centro Multiuniversitário de Reaproveitamento Químico de Plásticos Resíduos, dirigido por Huber. Pesquisadores do centro financiado pelo Departamento de Energia dos EUA, de US $ 12,5 milhões, estão investigando várias vias químicas para recuperação e reciclagem de polímeros.