Avanço na reciclagem de silicones
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As siliconas são amplamente utilizadas na indústria, na medicina e em produtos de uso quotidiano devido à sua extraordinária estabilidade térmica e química. No entanto, a reciclagem das siliconas tem sido considerada, até agora, extremamente problemática precisamente devido a estas características. Investigadores do Instituto de Química da Universidade Técnica de Berlim conseguiram agora decompor as cadeias poliméricas das moléculas de silicone até ao seu componente básico. O dimetildiclorsilano assim obtido pode, em seguida, ser novamente utilizado como matéria-prima para a produção de novos compostos de silicone.
O processo já foi submetido para patenteamento e baseia-se numa interação complexa entre vários ciclos de reações químicas. A equipa de investigadores liderada pelo Prof. Dr. Martin Oestreich testou-o com sucesso em vários produtos de silicone usados do quotidiano. Devido à sua grande importância para a Química Verde e a economia circular, a publicação foi selecionada pela conceituada revista científica *Nature* para publicação online em «Fast Track». Martin Oestreich é também membro do Cluster de Excelência em Catálise UniSysCat da Universidade Técnica de Berlim.
O mercado dos produtos de silicone é enorme: atingiu mais de 21 mil milhões de euros em 2025 e os analistas estimam que ultrapasse os 33 mil milhões de euros em 2033. Para além da sua estabilidade térmica e química, os silicones distinguem-se também pelas suas excelentes propriedades mecânicas. Além disso, o material impede de forma fiável a penetração da água e, ao mesmo tempo, é permeável ao oxigénio. Os silicones estão presentes em inúmeros produtos do quotidiano — desde formas de cozedura e tetinas de biberões, passando por juntas, até tubos médicos. «Devido às suas propriedades robustas, a reciclagem de silicone usado é muito difícil», afirma o Prof. Dr. Martin Oestreich, Professor Einstein, diretor da área de «Química Orgânica/Síntese e Catálise» e membro do Cluster de Excelência UniSysCat na Universidade Técnica de Berlim. «Até agora, o silicone usado era, na maioria das vezes, incinerado ou depositado em aterros. Na reciclagem, o material é frequentemente tratado mecanicamente ou decomposto quimicamente em siloxanos mais pequenos e anelares, a partir dos quais é possível produzir novamente silicones. No entanto, estes novos silicones são, na maioria das vezes, de qualidade inferior aos originais.»
A produção de silicones consome uma quantidade enorme de energia – pelo que a reciclagem faz todo o sentido
Por um lado, a reciclagem completa dos silicones seria desejável, uma vez que se multiplicam os indícios de que os silicones depositados em aterros podem ser prejudiciais para o ambiente e para a saúde. Por outro lado, a produção de silicones requer enormes quantidades de energia. Assim, o silício elementar necessário para esse fim tem de ser extraído da areia de quartzo a temperaturas de 2000 graus Celsius. A partir do silício, produz-se então, através de um processo especial, o dimetildiclorsilano, o componente básico da química da silicone. «Esta molécula pode ser encadeada em longas cadeias, sendo o cloro nela contido substituído por oxigénio», explica Oestreich. À semelhança da química do carbono, aqui não são os átomos de carbono, mas sim as ligações entre o silício (Si) e o oxigénio (O) que formam o «eixo» dos polímeros resultantes (Si–O–Si–O–Si). Para ajustar as propriedades de diferentes silicones, é possível variar o comprimento das cadeias e ligar várias outras moléculas aos lados das cadeias.
A chave para quebrar as cadeias de silicone: o ião silílio como catalisador e o fosgénio
Um processo de reciclagem ideal incluiria a possibilidade de produzir, a partir de silicones usados de um determinado tipo, novos silicones com outras propriedades. «Para o conseguir, é imprescindível que, no final do processo de reciclagem, resulte a molécula base dimetildiclorsilano», afirma Martin Oestreich. Para tal, as cadeias Si–O–Si dos silicones têm de ser completamente quebradas. «Quebrar as ligações silício-oxigénio é extremamente difícil. É precisamente por isso que o silicone é um material tão estável.» Os investigadores conseguiram agora alcançar este objetivo, sobretudo através da utilização de duas moléculas: um «iónio silílio» como catalisador e o gás fosgénio. Chama-se «ião silílio» a um composto químico que contém um átomo de silício com carga positiva. Numa interação complexa de vários ciclos de reação, o ião silílio retira um ião cloreto (Cl⁻) do fosgénio (COCl₂). O que resta é o composto COCl⁺. «Esta molécula tem então a capacidade química de quebrar uma ligação silício-oxigénio», afirma Oestreich. Outra vantagem do processo: o oxigénio proveniente das cadeias Si–O–Si quebradas escapa imediatamente sob a forma de dióxido de carbono (CO₂). «O oxigénio fica, assim, ligado num composto estável e é imediatamente eliminado sob a forma de gás. Desta forma, deixa de estar disponível para outras reações.»
O fosgénio é tóxico, mas é utilizado industrialmente em grandes quantidades
O fosgénio é um gás tóxico – por isso, os investigadores não o utilizaram diretamente, mas, por razões de segurança, recorreram ao trifosgénio, um sólido mais fácil de manusear, que só liberta fosgénio no ciclo de reação. Esta transformação é também catalisada pelo ião silílio, que assume assim uma dupla função. «No entanto, a utilização do fosgénio não é, de forma alguma, invulgar na indústria química. Por exemplo, compostos de partida importantes para os poliuretanos, dos quais são constituídos os espumados e os materiais isolantes, são produzidos com a ajuda do fosgénio», explica Martin Oestreich. Apesar disso, o seu grupo de trabalho já se dedica a encontrar alternativas ao fosgénio. Além disso, pretendem-se desenvolver processos para purificar o dimetildiclorossilano obtido no processo de reciclagem, removendo até os mais ínfimos resíduos de fosgénio.
Testes com produtos do quotidiano: rendimento muito elevado na reciclagem
Com temperaturas de 80 graus, as condições de reação são moderadas, pelo que o processo pode ser operado sem grande consumo de energia. Os investigadores já o testaram com formas de silicone para cupcakes, tetinas de biberão, tampas de silicone e outros produtos de silicone. Os resultados foram promissores: em alguns produtos, o rendimento de dimetildiclorsilano recuperado atingiu, após 24 horas, até 99 por cento. Uma mistura de vários produtos de silicone usados resultou num rendimento de 86 por cento.
A investigação fundamental compensa – processo de patente já foi apresentado
«O nosso sucesso é a prova de que a investigação fundamental pode, a dada altura, traduzir-se em aplicações muito concretas, nas quais ninguém tinha pensado anteriormente», afirma Martin Oestreich. «Já há 15 anos que investigamos os iões silílio e só há cerca de cinco anos que, com a reciclagem de silicones, passámos subitamente a ter em vista um importante objetivo de aplicação desta investigação.» O processo já foi submetido para patenteamento.
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