Nos últimos três anos, Ph.D. a candidata Sophie van Lange tem se dedicado a um objetivo claro:produzir plástico que seja duro e sustentável. Os plásticos que usamos hoje são recicláveis ​​ou fortes e duros – não ambos. Van Lange afastou-se das abordagens químicas tradicionais para produzir plástico e desenvolveu um método completamente novo para criar plástico durável e reutilizável de uma forma completamente nova. O truque? Forças físicas.



O processo começa com uma configuração aparentemente simples:um pó amarelo em um prato e um pó branco em outro. Ao dissolver e combinar essas duas soluções e submetê-las ao calor e à pressão em uma prensa quente, Van Lange transforma essas substâncias em um pedaço retangular de plástico medindo dois por meio centímetro em duas semanas.

Em condições normais, o plástico resultante é resistente e duro, mas torna-se reformável quando aquecido. Ela se refere a esses plásticos inovadores como “complexímeros”. Van Lange e seus colegas relatam isso em Science Advances .

Processamento sustentável de plástico

Os plásticos estão onipresentes no nosso dia a dia, servindo como embalagens para pimentões e pepinos no supermercado ou como embalagens para brinquedos novos. “Mas o plástico também está incorporado nos sapatos e nos óculos do nariz”, diz Van Lange, apontando para sua armação rosa. No entanto, raramente consideramos o que acontece com esses materiais depois que os sapatos quebram ou quando você precisa de óculos novos.

“Você pode levar itens antigos para um ponto de reciclagem, mas quase ninguém sabe exatamente o que acontece com eles depois”, diz o jovem pesquisador. Considere a sola de um sapato, que também é um tipo de plástico. Após o uso, não podemos fazer nada com ele, exceto queimá-lo ou triturá-lo. Outros plásticos, como o saco que envolve uma pimenta ou a camada de uma caixa de leite, podem ser reciclados.

“Seria ótimo se pudéssemos processar todos os plásticos de forma sustentável”, diz Van Lange. Ela é movida por seu amor por materiais sustentáveis ​​e trabalha neste plástico inovador no grupo de cátedras de Física-Química e Matéria Suave. “Acho que materiais sustentáveis ​​são muito legais”, diz ela.

“Em escala molecular, os plásticos consistem em longas cadeias”, explica Van Lange. Nos plásticos rígidos tradicionais, essas cadeias são conectadas por ligações cruzadas químicas para maior resistência. No entanto, estas ligações cruzadas são tão robustas que a reciclagem se torna quase impossível. É por isso que Van Lange redesenhou estes plásticos sem reticulações químicas, desta vez utilizando forças físicas ajustáveis.

Força de atração

“Metade das cadeias que compõem o nosso plástico têm carga positiva”, explica Van Lange.

"A outra metade tem carga negativa." Quando você os coloca em contato corretamente, eles se atraem, como dois ímãs. Isto mantém as cadeias unidas sem a necessidade de ligações cruzadas químicas. Quando aquecido, a atração entre as peças enfraquece, permitindo que todo o material se remodele. “Isso permite que o plástico seja reutilizado ou, por exemplo, conserte um buraco ou outro dano no plástico com calor”, diz Van Lange.

Até agora, o Ph.D. candidato produziu aproximadamente três gramas do novo plástico. “Demorou um pouco até que meus colegas e eu realmente tivéssemos o plástico desejado”, diz ela. Tudo se resumia à atração:na natureza, as partículas positivas e negativas atraem-se fortemente. Isso torna os materiais quebradiços e quase impossíveis de deformar quando aquecidos. “A inovação reside em enfraquecer suficientemente essa acusação”, diz Van Lange.

Ela conseguiu isso com uma espécie de “guarda-chuva molecular” que protege parcialmente as cargas positivas e negativas do plástico. “Foi assim que conseguimos a força de atração perfeita e, consequentemente, um plástico facilmente deformável quando aquecido”, afirma o Ph.D. candidato. Além disso, estes guarda-chuvas são repelentes à água, garantindo que o plástico permanece robusto quando exposto à água. A sola de sapato feita com o novo plástico permanece resistente ao pisar em uma poça. “O material carregado é quase sempre sensível à água, por isso conseguir isto é muito especial”, acrescenta Van Lange.

Mais flexibilidade

O novo plástico ainda não está totalmente pronto. Por exemplo, o material ainda não é flexível o suficiente, segundo Van Lange, "demonstramos que o conceito funciona, mas agora precisamos encontrar uma maneira de dar-lhe propriedades mais semelhantes às da borracha". O pesquisador espera conseguir isso reduzindo a carga dos complexímeros, talvez ajustando os blocos de construção das cadeias que compõem o plástico.

“Uma alternativa poderia ser ampliar os guarda-chuvas moleculares”, diz Van Lange. Ela também considera alterar o tipo de correntes. “Atualmente usamos poliestireno, uma molécula rígida”, explica o Ph.D. candidato. “Se o substituirmos por uma variante mais flexível, já poderemos obter um plástico mais flexível”.

Embora o plástico ainda não esteja pronto para o mercado, o Ph.D. a candidata espera que seu trabalho inspire outros pesquisadores. Sua pesquisa demonstra que pensar fora da caixa pode levar a materiais inteiramente novos. “Quero motivar outros cientistas a olhar para os materiais de forma diferente e a utilizá-los de formas não convencionais”, conclui Van Lange.

Mais informações: Sophie G. M. van Lange et al, Ligação iônica moderada para materiais complexos polieletrólitos recicláveis ​​sem água, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adi3606
Informações do diário: Avanços da ciência

Fornecido pela Universidade de Wageningen