Químicos de Konstanz desenvolveram uma nova classe de catalisadores que permitem a fabricação de dispersões de polietileno diretamente em água. Isso abre perspectivas para a produção ecológica e sem solventes de revestimentos plásticos.
O polietileno (PE) é um dos tipos de plástico mais importantes da atualidade. É usado em uma ampla variedade de objetos do dia a dia – de garrafas plásticas a cachimbos, revestimentos de esqui e brinquedos. Na forma de dispersões de PE, também forma a base para diferentes revestimentos e adesivos.

O professor Stefan Mecking e o Dr. Fei Lin, do Departamento de Química da Universidade de Konstanz, deram um grande passo para a produção de revestimentos de PE ecologicamente correto e sem solventes. Em seu recente artigo na edição internacional da revista Angewandte Chemie International Edition , os químicos descrevem uma nova classe de catalisadores solúveis em água que possibilitam a fabricação de dispersões de PE diretamente em água. Isso elimina as etapas intermediárias que consomem muita energia na produção de revestimentos livres de solventes e livres de emissões.

Solventes orgânicos como padrão da indústria existente

Devido às suas características técnicas e aos seus custos de produção comparativamente baixos, os plásticos tornaram-se um material industrial essencial. Eles são compostos de moléculas grandes e de cadeia longa que, dependendo do tipo, também podem ser polímeros ramificados e são compostos de muitas unidades repetidas formadas a partir de blocos de construção básicos. No caso do polietileno, o bloco de construção básico é o etileno – um composto de hidrocarboneto gasoso.

Catalisadores químicos adequados são usados ​​para promover e acelerar o processo de polimerização - no qual os blocos de construção individuais se conectam para formar grandes moléculas de polímero. Na produção de dispersões de PE para revestimentos, a polimerização geralmente é realizada em solventes orgânicos que são gradualmente substituídos por água, exigindo etapas adicionais tecnicamente complexas e intensivas em energia.

Uma nova classe de catalisadores

Pesquisa e desenvolvimento estão, portanto, buscando opções para produzir PE diretamente durante a polimerização na forma de dispersão aquosa. Isso poderia servir como base para revestimentos livres de solventes e livres de emissões, nos quais apenas a água evapora durante a formação do filme. No entanto, é um desafio polimerizar o PE diretamente na água. "Isso requer catalisadores que são ativos na água, mas, ao mesmo tempo, não são destruídos pela água. A maioria dos catalisadores tradicionais se decompõe quando entra em contato com a água", explica Stefan Mecking, professor de Ciência de Materiais Químicos da Universidade de Konstanz.

O Dr. Fei Lin, pesquisador de pós-doutorado na equipe de pesquisa de Mecking e um Humboldt Fellowship Award, descobriu um novo tipo de catalisador. Os estudos foram realizados no contexto do projeto DEEPCAT de Stefan Mecking apoiado por uma Advanced Grant do European Research Council (ERC) desde 2019 para o desenvolvimento de plásticos que podem ser degradados de forma ecológica. "Desenvolvemos catalisadores solúveis em água para a polimerização do etileno que não apenas se mantiveram estáveis, mas também altamente ativos, embora estivessem em contato direto com a água durante toda a reação química", afirma Fei Lin.

Blocos de construção para um processo de polimerização mais ecológico

Em estudos em escala de laboratório, os químicos conseguiram demonstrar que, na água, seus novos catalisadores polimerizam o etileno para formar um grande número de pequenas partículas de PE com alto peso molecular e linearidade – o chamado polietileno de alta densidade (HDPE). "Isso é decisivo para as características finais dos revestimentos produzidos com base em dispersões de PE e, portanto, para a aplicabilidade do nosso método", afirma Stefan Mecking. As descobertas relacionadas aos novos catalisadores abrem perspectivas interessantes para processos de polimerização ecologicamente corretos em geral e para a produção eficiente de revestimentos de PE sem solventes e sem emissões em particular. + Explorar mais

Pesquisadores criam nanocristais poliméricos de forma uniforme