O plástico perfeito?
À base de plantas, totalmente degradável em água salgada, sem microplásticos
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Os investigadores liderados por Takuzo Aida no Centro RIKEN para a Ciência da Matéria Emergente (CEMS), no Japão, superaram-se na sua tentativa de resolver o problema dos microplásticos. Num estudo recente publicado no Journal of the American Chemical Society, os investigadores apresentam um novo tipo de plástico feito de celulose vegetal, o composto orgânico mais abundante do mundo. O novo plástico é forte, flexível e capaz de se decompor rapidamente em ambientes naturais, o que o distingue de outros plásticos comercializados como biodegradáveis.
Esquema que mostra como a celulose e o polietileno-imina guanidínio se combinam em água para formar a película plástica inicial à base de celulose, vítrea e transparente. Posteriormente, os investigadores descobriram como ajustar as suas propriedades mecânicas utilizando o sal orgânico cloreto de colina.
RIKEN
Os microplásticos são um contaminante global encontrado em quase todos os ecossistemas, desde o solo e o oceano até aos animais e plantas que aí vivem. Foram mesmo encontrados em tecidos humanos e na corrente sanguínea, onde é provável que tenham efeitos adversos. Embora os plásticos biodegradáveis e mesmo alguns plásticos derivados da celulose (nitrato de celulose ou acetato de celulose) não sejam novos, a maioria dos plásticos rotulados como "biodegradáveis" não se degradam em ambientes marinhos ou demoram muito tempo a degradar-se, deixando entretanto microplásticos para trás.
No ano passado, Aida e a sua equipa desenvolveram um plástico capaz de se degradar rapidamente em água salgada no espaço de algumas horas, sem deixar quaisquer microplásticos para trás. Esse plástico era um plástico supramolecular feito de dois polímeros mantidos juntos por interações reversíveis chamadas "pontes salinas". Na presença de água salgada, as ligações que mantinham os dois polímeros unidos separavam-se e o plástico decompunha-se. Mas este plástico não era tão prático como poderia ser para o fabrico no mundo real.
O novo plástico à base de plantas é semelhante, exceto que um dos dois polímeros é um derivado da polpa de madeira biodegradável, comercialmente disponível e aprovado pela FDA, chamado carboximetilcelulose. Encontrar um segundo polímero compatível exigiu algumas tentativas e erros, mas a equipa acabou por encontrar um agente de reticulação seguro feito de iões de guanidínio de polietileno-imina com carga positiva. Quando a celulose e os iões de guanidínio foram misturados em água à temperatura ambiente, as moléculas carregadas negativamente e positivamente atraíram-se umas às outras como ímanes e formaram a rede crítica de ligações cruzadas que torna este tipo de plástico forte. Ao mesmo tempo, as pontes salinas que mantinham a rede unida quebraram-se, como esperado, na presença de água salgada. Para evitar a decomposição não intencional, o plástico pode ser protegido com um revestimento fino na superfície.
Até aqui tudo bem. Mas, apesar de o novo plástico se decompor rapidamente, inicialmente era demasiado frágil devido à celulose. O plástico resultante era incolor, transparente e extremamente duro, mas tinha uma qualidade frágil semelhante à do vidro. O que a equipa precisava era de um bom plastificante, uma pequena molécula que pudesse ser adicionada à mistura para tornar o plástico mais flexível, mas ainda assim duro. Depois de muita experimentação, descobriram que o sal orgânico cloreto de colina fazia maravilhas. Ao adicionar quantidades variáveis deste aditivo alimentar aprovado pela FDA ao plástico, os investigadores conseguiram afinar exatamente a flexibilidade que pretendiam para o plástico. Dependendo da quantidade de cloreto de colina, o plástico pode variar entre ser duro e semelhante ao vidro e ser tão elástico que pode ser esticado até 130% do seu comprimento original. Pode mesmo ser transformado numa película forte, mas fina, com uma espessura de apenas 0,07 mm. Um vídeo de um saco feito com o novo plástico biodegradável à base de plantas pode ser visto a decompor-se aqui: https://youtu.be/glBYYhk1STQ .
As melhorias relativamente ao projeto original não são triviais. "Enquanto o nosso estudo inicial se centrava sobretudo no concetual", explica Aida, "este estudo mostra que o nosso trabalho está agora numa fase mais prática". O novo plástico supramolecular de carboximetilcelulose, designado por CMCSP, é tão resistente como os plásticos convencionais à base de petróleo e as suas propriedades mecânicas podem ser ajustadas conforme necessário, sem prejudicar a transparência intrínseca, a processabilidade, a dissociabilidade da água do mar ou a reciclabilidade em circuito fechado. Ao utilizar ingredientes biodegradáveis comuns e pouco dispendiosos aprovados pela FDA, Aida e a sua equipa garantiram que o seu plástico será capaz de passar rapidamente para aplicações práticas no mundo real.
"A natureza produz cerca de um trilião de toneladas de celulose todos os anos", afirma Aida. "A partir desta substância natural abundante, criámos um material plástico flexível mas resistente que se decompõe em segurança no oceano. Esta tecnologia ajudará a proteger a Terra da poluição por plásticos".
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
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