Não é preciso lembrar que a produção de plástico e a poluição por plástico têm aumentado constantemente ao longo dos anos – as provas estão à nossa volta. E se conseguíssemos reciclar o plástico de uma forma verdadeiramente sustentável?



Essa mesma questão está sendo levantada por Reika Katsumata, professora assistente e Ph.D. estudante Autumn Mineo do Departamento de Ciência e Engenharia de Polímeros (PSE) da Faculdade de Ciências Naturais, que está experimentando a reciclagem de polímeros para identificar novas químicas e tecnologias ambientalmente conscientes para o reprocessamento de polímeros.

Sua pesquisa foi publicada na revista Angewandte Chemie International Edition .

As realidades da reciclagem

Todos nós adoraríamos pensar que, apesar dos nossos melhores esforços para evitar itens não recicláveis, o ocasional copo de isopor que jogamos no lixo poderia eventualmente ser reconstituído em um copo novo com pouco ou nenhum impacto ambiental, mas o processo de reciclagem é mais complicado que isso.

A reciclagem mecânica depende de temperaturas e condições de processamento rigorosas para reinventar fluxos selecionados de resíduos pós-consumo como novos produtos. A exposição repetida a essas condições resulta na quebra do material ao longo do tempo e na correspondente deterioração das propriedades do material – um resultado muitas vezes referido como “downcycling”.

Alternativamente, certos polímeros podem ser quebrados quimicamente e reformados, levando a uma maior longevidade do ciclo e à robustez do material. No entanto, a reciclagem química não é possível para muitos dos polímeros básicos utilizados atualmente.

Atualizando através da química

Katsumata e sua equipe procuraram criar um processo mais sustentável para reciclagem e reprocessamento de polímeros por meio do que é conhecido como química de adição-fragmentação-transferência (AFT), um campo focado em reações de troca de ligações baseadas em radicais. “Os plásticos comuns são grandes moléculas chamadas polímeros, compostas por unidades repetidas, ou ‘monômeros’”, explicou Katsumata. "Muitos polímeros não podem ser decompostos quimicamente e reformados, porque as ligações simples carbono-carbono que mantêm os monômeros unidos são relativamente estáveis."

Para resolver esse problema de estabilidade, os pesquisadores do PSE desenvolveram um aditivo que copolimeriza com monômeros convencionais e gera unidades de cadeia principal que possuem a capacidade de troca por meio da química AFT.

"Essa ligação dinâmica pode promover tanto a cisão (ou separação) do polímero quanto a extensão do polímero para completar a reciclagem em circuito fechado", disse Katsumata. "Além disso, a natureza dinâmica do nosso aditivo facilita outras modificações químicas com potencial de 'upcycle' ou aumento do valor do produto, ao retirar resíduos plásticos de commodities e formar novos tipos de polímeros especializados, como adesivos de copolímero em bloco."

Este trabalho identificou um novo monômero compatível com os métodos existentes de síntese de polímeros, que cria uma ligação dinâmica entre unidades monoméricas que pode ser aproveitada para quebrar o plástico após o uso. Esses fragmentos menores de polímeros, chamados oligômeros, permanecem reativos e podem servir como pontos de partida a partir dos quais novos polímeros podem crescer.

A equipe descobriu que o ciclo de quebra de polímeros (cisão de cadeia) e crescimento deles (extensão de cadeia) pode ser repetido e modificado para alterar a extensão da cisão e extensão.

Conscientização

Um dos principais impulsionadores desta pesquisa foi o desejo de estimular a inovação. “Nossa pesquisa avançou o conhecimento fundamental da química AFT, revelando a reatividade latente após a polimerização”, afirmou Katsumata. "Além disso, esperamos que nosso trabalho tenha inspirado as indústrias de polímeros a investir em estratégias de copolimerização e outras tecnologias de reciclagem, especialmente no que se aplica a produtos de poliolefinas."

Katsumata e a equipa do PSE sentem que esta investigação pode servir de base para novos métodos de reciclagem e para a identificação de química e técnicas amigas do ambiente – proporcionando um vislumbre de um futuro em que o plástico e outros materiais desafiantes serão geridos de forma mais sustentável.

Mais informações: Autumn M. Mineo et al, A Versatile Comonomer Additive for Radically Recyclable Vinyl-derived Polymers, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202316248
Informações do diário: Angewandte Chemie Edição Internacional

Fornecido pela Universidade de Massachusetts Amherst