Os cientistas projetaram um novo sistema de materiais para superar um dos maiores desafios na reciclagem de produtos de consumo:a reciclagem de plástico misto. Sua conquista ajudará a permitir uma gama muito mais ampla de produtos plásticos totalmente recicláveis ​​e trará ao alcance de uma economia circular eficiente para bens duráveis, como automóveis.
Geramos quantidades impressionantes de plástico e produtos contendo plástico a cada ano, mas apenas uma pequena fração desse plástico pode ser recuperada e usada para fabricar produtos de qualidade semelhante. Isso porque a maioria dos produtos, desde filmes para embalagens de alimentos e sacolas descartáveis ​​até tênis e eletrônicos, são feitos de misturas de diferentes plásticos e, uma vez misturados, esses plásticos não podem ser recuperados e usados ​​para fazer novas bolsas ou tênis. Em vez disso, a maior parte acaba em aterros sanitários, incineradores ou oceanos.

Uma equipe de cientistas do Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) está enfrentando o desafio do plástico misto usando um material personalizado chamado polidicetoenamina (PDK), um novo tipo de plástico que eles desenvolveram para ser reciclado de forma eficiente e indefinida, proporcionando um baixo solução de fabricação de carbono para produtos plásticos que nunca precisam acabar em um aterro sanitário.

Em um novo estudo publicado na revista Science Advances , a equipe mostrou que pode criar PDKs personalizados especificamente adaptados para reciclagem de plástico misto e que podem recuperar totalmente os plásticos constituintes de um produto misturado composto de vários PDKs e outros materiais de fabricação comuns. Brett Helms, da Molecular Foundry do Berkeley Lab, liderou a equipe multidisciplinar, que também incluiu pesquisadores do Joint BioEnergy Institute (JBEI) e Advanced Light Source do Berkeley Lab, entre outros. O trabalho é uma importante validação de um material promissor e aprofunda nosso conhecimento da química de polímeros.

"Agora sabemos como adaptar os plásticos PDK para reciclar produtos complexos que compreendem vários tipos de materiais", disse Helms. "Um exemplo pode ser um sapato, onde um tecido é colado a uma borracha por um adesivo. Os materiais convencionais usados ​​nesses produtos não podem ser reciclados para reutilização, pois não podem ser desconstruídos de forma independente. diferentes, polímeros PDK especialmente projetados, então eles poderiam ser pela primeira vez."

Criando um material de designer

PDKs e outros plásticos são conhecidos como polímeros, materiais em que as moléculas constituintes são longas cadeias de pequenas unidades repetidas conhecidas como monômeros. Para este trabalho, os pesquisadores começaram fazendo uma variedade de PDKs com estruturas químicas ligeiramente diferentes e mostraram que cada um poderia ser "despolimerizado" ou dividido em seus respectivos monômeros com altos rendimentos de recuperação. Este é essencialmente o processo de reciclagem de plástico, pois esses monômeros recuperados podem ser usados ​​para criar um novo lote de PDK.

A equipe descobriu que cada PDK despolimerizou a uma temperatura e taxa diferentes. Para entender melhor essas propriedades, eles usaram cálculos teóricos e modelos computacionais (teoria do funcional da densidade) para simular os diferentes polímeros e explorar como eles se formam e despolimerizam. Usando esses insights teóricos, a equipe identificou as melhores moléculas PDK para o trabalho e otimizou ainda mais seu design.

"Um aspecto particularmente interessante deste trabalho foi a forte integração entre os experimentos e os cálculos", disse a diretora da Molecular Foundry, Kristin Persson, que liderou o trabalho teórico. "Ao descobrir o mecanismo que sustenta a circularidade, fomos capazes de projetar novos polímeros que retêm a reciclabilidade. Estamos entusiasmados com o fato de que esses insights de design informarão trabalhos futuros".

"É através dessas interações entre teoria e experimento que construímos o conhecimento e a estrutura para estabelecer as regras de design que regem a reatividade do polímero", disse Helms. "Teríamos apenas observações de outra forma, em vez de uma explicação."

Plásticos mistos? Sem problemas

Usando essas moléculas otimizadas, os pesquisadores demonstraram o sucesso de seu sistema de materiais criando plásticos misturados, cada um feito de dois PDKs diferentes, e depois despolimerizando completamente e recuperando os materiais constituintes. Eles repetiram a demonstração com PDKs de cores diferentes, abordando um desafio específico da indústria, e mostraram que com um processo um pouco mais complexo eles poderiam mais uma vez recuperar os monômeros PDK com altos rendimentos.

A equipe também mostrou como o PDK pode ser usado para fazer embalagens plásticas recicláveis ​​e flexíveis a partir de plásticos convencionais. Eles formaram um filme multicamadas de plásticos comuns - polipropileno (PP) e polietileno tereftalato (PET) - usando uma "camada de ligação" de PDK para uni-los. Normalmente, o PP e o PET não podem ser extraídos de um material multicamada, mas aqui os pesquisadores alavancaram seu controle sobre a camada PDK para separar e recuperar os filmes de PP e PET também.

Em uma demonstração final de sua abordagem poderosa, os pesquisadores construíram um objeto a partir de uma mistura de diferentes PDKs juntamente com vidro e aço inoxidável, para simular os desafios da reciclagem de automóveis, e passaram pelo processo de reciclagem novamente, demonstrando a recuperação de alto rendimento do material Monômeros PDK, bem como o vidro e o metal. Esses resultados podem levar a uma mudança significativa na forma como abordamos a fabricação de bens duráveis, permitindo uma economia circular na qual os produtos são projetados para serem totalmente recuperados e reutilizados.

“Produtos de consumo complexos simplesmente não são reciclados hoje; eles são incinerados, depositados em aterros ou reciclados”, disse Helms. "Aqui estabelecemos as bases para como reciclar esses produtos de volta aos seus blocos de construção monoméricos originais, facilitando a recuperação de materiais vinculados a eles para reutilização, incluindo metais valiosos ou vidro. Dessa forma, os materiais PDK trazem mais circularidade à fabricação com intensidade de carbono intrinsecamente baixa." + Explorar mais

Decompondo o plástico em suas partes constituintes