Pesquisadores da Universidade de Tóquio desenvolveram um plástico inovador que é mais resistente e elástico do que o tipo padrão atual. O plástico também é parcialmente biodegradável, lembra seu formato e pode ser curado com calor. Os pesquisadores o criaram adicionando a molécula polirotaxano a um vitrímero de resina epóxi, um tipo de plástico.



Chamado de VPR, o material consegue manter sua forma e possui fortes ligações químicas internas em baixas temperaturas. No entanto, em temperaturas acima de 150° Celsius, essas ligações se recombinam e o material pode ser reformado em diferentes formatos.

A aplicação de calor e solvente decompõe o VPR em seus componentes brutos. A submersão em água do mar durante 30 dias também resultou numa biodegradação de 25%, com o polirotaxano a transformar-se numa fonte de alimento para a vida marinha. Este novo material poderá ter aplicações de amplo alcance para uma economia mais circular, para recircular recursos e reduzir resíduos, desde a engenharia e produção até à medicina e à moda sustentável.

O estudo, "Polirotaxano contendo vitrímero termofixo sustentável e ecologicamente correto" foi publicado na revista ACS Materials Letters .

Apesar das campanhas globais para reduzir a utilização e o desperdício de plástico, é difícil evitar o material omnipresente. Desde brinquedos e roupas, utensílios domésticos e eletrônicos, até veículos e infraestrutura, hoje em dia pode parecer que está em quase tudo que usamos. Embora útil, existem muitas questões associadas ao ciclo de vida e descarte do plástico.

O desenvolvimento de alternativas que durem mais tempo, possam ser reutilizadas e recicladas mais facilmente, ou que sejam feitas a partir de fontes amigas do ambiente, é fundamental para ajudar a resolver estes problemas e concretizar vários dos Objectivos de Desenvolvimento Sustentável das Nações Unidas.

Pensando nisso, pesquisadores da Universidade de Tóquio criaram um plástico mais sustentável, baseado em vitrímero de resina epóxi. Os vitrímeros são uma classe relativamente nova de plásticos, que são sólidos e fortes em temperaturas mais baixas (como os plásticos termofixos, usados ​​para fazer talheres resistentes ao calor), mas que também podem ser remodelados várias vezes em temperaturas mais altas (como os termoplásticos, usados ​​para garrafas plásticas). ). No entanto, eles são normalmente frágeis e não podem ser esticados muito antes de quebrar.

Ao adicionar uma molécula chamada polirotaxano, a equipe conseguiu criar uma versão dramaticamente melhorada que chamaram de VPR (vitrímero incorporado com polirotaxano [PR]).

"O VPR é cinco vezes mais resistente à quebra do que um vitrímero de resina epóxi típico", disse o professor assistente do projeto Shota Ando, ​​da Escola de Pós-Graduação em Ciências de Fronteira. “Ele também se repara 15 vezes mais rápido, pode recuperar sua forma original memorizada duas vezes mais rápido e pode ser reciclado quimicamente 10 vezes mais rápido que o vitrímero típico. Ele até se biodegrada com segurança em ambiente marinho, o que é novo para este material. "

O polirotaxano vem ganhando interesse na ciência e na indústria por sua capacidade de aumentar a tenacidade de diferentes materiais. Neste estudo, a resistência aprimorada do VPR significou que formas mais complexas poderiam ser criadas e retidas mesmo em baixas temperaturas (como o guindaste de origami no vídeo fornecido com este lançamento).

O descarte ou reciclagem também foi mais fácil do que para os vitrímeros sem polirotaxano, explicou Ando.

“Embora esta resina seja insolúvel em vários solventes à temperatura ambiente, ela pode ser facilmente decomposta até o nível da matéria-prima quando imersa em um solvente específico e aquecida. Também apresentou 25% de biodegradação após exposição à água do mar por 30 dias. o vitrímero sem PR não sofreu nenhuma biodegradação aparente. Essas características o tornam um material ideal na sociedade atual, que exige reciclagem de recursos”, disse Ando.

Da engenharia à moda, da robótica à medicina, a equipe prevê aplicações práticas e lúdicas para o VPR.

“Só para dar alguns exemplos, os materiais de infraestrutura para estradas e pontes são frequentemente compostos de resinas epóxi misturadas com compostos como concreto e carbono. Ao usar VPR, estes seriam mais fáceis de manter, pois seriam mais fortes e curáveis ​​usando calor”, sugeriu. Endo.

"Ao contrário das resinas epóxi convencionais, este novo material é duro, mas extensível, por isso também pode ser esperado que ele una fortemente materiais de diferentes durezas e alongamentos, como é necessário para a fabricação de veículos. Além disso, como possui memória de forma, edição de forma e formato recursos de recuperação, um dia você também poderá reorganizar a silhueta de suas roupas favoritas em casa com um secador de cabelo ou ferro a vapor."

O próximo passo da equipe será trabalhar com empresas para determinar a viabilidade de suas diversas ideias para VPR, bem como continuar suas pesquisas em laboratório. “Sempre pensei que os plásticos existentes são muito difíceis de recuperar e eliminar porque são subdivididos de acordo com a sua utilização”, disse Ando. “Seria ideal se pudéssemos resolver muitos dos problemas do mundo com um único material como este”.

Mais informações: Shota Ando et al, Polirotaxano contendo vitrímero termofixo sustentável e ecologicamente correto, ACS Materials Letters (2023). DOI:10.1021/acsmaterialslett.3c00895
Fornecido pela Universidade de Tóquio