Nova classe de materiais poliméricos recicláveis ​​poderá um dia ajudar a reduzir o desperdício de plástico

Centenas de milhões de toneladas de plástico descartável acaba em aterros todos os anos, e mesmo a pequena percentagem de plástico que é reciclado não pode durar para sempre.Mas o nosso grupo de cientistas de materiais desenvolveu um novo método para criar e desconstruir polímeros que poderia levar a plásticos reciclados mais facilmente – aqueles que não exigem que você separe cuidadosamente toda a sua reciclagem no dia do lixo.

No século desde a sua concepção, as pessoas compreenderam os enormes impactos – tanto benéficos como prejudiciais – que os plásticos têm nas vidas humanas e no ambiente.Como um grupo de cientistas de polímeros dedicados a inventar soluções sustentáveis ​​para problemas do mundo real, decidimos abordar esta questão repensando a forma como os polímeros são concebidos e fabricando plásticos com reciclabilidade incorporada.

Por que usar plásticos, afinal?

Itens de uso diário, incluindo jarras de leite, sacolas de compras, recipientes para viagem e até cordas, são feitos de uma classe de polímeros chamados poliolefinas.As poliolefinas compõem cerca metade dos plásticos produzidos e descartados todos os anos.

Esses polímeros são usados ​​em plásticos comumente rotulados como HDPE, LLDPE ou PP, ou pelos seus códigos de reciclagem #2, #4 e #5, respectivamente.Esses plásticos são incrivelmente duráveis ​​porque o ligações químicas que os compõem são extremamente estáveis.Mas num mundo preparado para o consumo de utilização única, isto já não é uma característica de design, mas sim uma falha de design.

Imagine se metade dos plásticos usados ​​hoje fossem recicláveis ​​pelo dobro de processos que são agora.Embora isso não levasse a taxa de reciclagem a 100%, um salto de um dígito – atualmente em torno de 9% – atingir dois dígitos causaria uma grande redução nos plásticos produzidos, nos plásticos acumulados no ambiente e na sua capacidade de reciclagem e reutilização.

Métodos de reciclagem que já temos

Até mesmo os plásticos que chegam a uma instalação de reciclagem não pode ser reutilizado exatamente da mesma forma que eram usados ​​antes – o processo de reciclagem degrada o material, perdendo utilidade e valor.Em vez de fazer um copo de plástico que é degradado cada vez que é reciclado, os fabricantes poderiam potencialmente fabricar plásticos uma vez, coletá-los e reutilizá-los continuamente.

A reciclagem convencional requer uma triagem cuidadosa de todos os materiais recolhidos, o que pode ser difícil com tantos plásticos diferentes.Aqui nos EUA a coleta acontece principalmente através reciclagem de fluxo único – tudo, desde latas de metal, garrafas de vidro, caixas de papelão e copos de plástico, vão para a mesma lixeira.Separar o papel do metal não requer tecnologia complexa, mas separar um recipiente de polipropileno de uma jarra de leite de polietileno é difícil de fazer sem erros ocasionais.

Quando dois plásticos diferentes são misturados durante a reciclagem, as suas propriedades úteis são enormemente reduzidas – ao ponto de tornando-os inúteis.

Mas digamos que você possa reciclar um desses plásticos por um método diferente, para que ele não acabe contaminando o fluxo de reciclagem.Quando misturamos amostras de polipropileno com um polímero que fabricamos, ficamos ainda é capaz de despolimerizar – ou quebrar o material – e recuperar os nossos blocos de construção sem afetar quimicamente o polipropileno.Isto indicava que um fluxo de resíduos contaminados ainda poderia recuperar o seu valor e o material nele contido poderia ser reciclado, tanto mecanicamente como quimicamente.

Precisamos de plásticos – mas mais recicláveis

Em um estudo publicado em outubro de 2023, nossa equipe desenvolveu uma série de polímeros com apenas dois blocos de construção simples – um polímero macio e um polímero duro – que imitavam poliolefinas, mas também podiam ser reciclados quimicamente.

Conectar dois polímeros diferentes várias vezes até que formem uma única e longa molécula cria o que é chamado de polímero multibloco.Apenas ajustando a quantidade de cada tipo de polímero que entra no polímero multibloco, nossa equipe criou uma ampla gama de materiais com propriedades que abrangem todos os tipos de poliolefinas.Mas criar esses polímeros multibloco é mais fácil de falar do que fazer.

Para ligar esses polímeros duros e moles, nós adaptou uma técnica que anteriormente havia sido usado apenas em moléculas muito pequenas.Este método é melhorado em relação aos métodos tradicionais de produção de polímeros passo a passo, desenvolvidos na década de 1920, onde os grupos reativos nas extremidades das moléculas precisam ser exatamente iguais.

Em nosso método, os grupos reativos agora são iguais, o que significa que não precisamos nos preocupar em emparelhar as extremidades de cada bloco de construção para fazer polímeros que possam competir com as poliolefinas que já usamos.Usando a mesma estratégia, aplicada ao contrário, adicionando hidrogênio, poderíamos desconectar os polímeros de volta aos seus blocos de construção e separá-los facilmente para serem usados ​​novamente.

Com um quase aumento duplo no uso anual de plástico projetado até 2050, a complexidade e a quantidade de reciclagem de plástico só aumentarão.É uma consideração importante ao projetar novos materiais e produtos.

Usar apenas dois blocos de construção para fabricar plásticos com uma enorme variedade de propriedades pode contribuir muito para reduzir e racionalizar o número de diferentes plásticos utilizados para fabricar os produtos de que necessitamos.Em vez de precisarmos de um plástico para fazer algo flexível, outro para algo rígido e um terceiro, quarto e quinto para propriedades intermediárias, poderíamos controlar o comportamento dos plásticos apenas alterando a quantidade de cada bloco de construção presente.

Embora ainda estejamos no processo de responder a algumas grandes questões sobre estes polímeros, acreditamos que este trabalho é um passo na direção certa em direção a plásticos mais sustentáveis.

Nós éramos capaz de criar materiais que imitam as propriedades dos plásticos dos quais o mundo depende, e nosso objetivo agora está voltado para a criação de composições plásticas que não seriam possíveis com os métodos existentes.