Como os resíduos plásticos se transformam em produtos de maior valor
Os químicos da ETH desenvolveram um processo simples para a valorização de resíduos de polietileno e polipropileno, transformando-os em adesivos de alto desempenho
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Uma equipa de investigadores da ETH Zurique está a transformar resíduos de polietileno e polipropileno — dois dos plásticos mais utilizados no mundo — num adesivo extremamente resistente, além de muitos outros produtos.
Anualmente, são produzidas cerca de 450 milhões de toneladas de plásticos em todo o mundo. A maior parte deste volume é utilizada apenas uma vez e acaba por ir parar a um incinerador ou a aterros sanitários. O mesmo se aplica às chamadas poliolefinas, que incluem o polietileno (PE) e o polipropileno (PP). Enquanto materiais de embalagem e películas, representam aproximadamente metade do nosso consumo de plástico.
Reciclagem de qualidade inferior ou elevado consumo de energia
Embora as poliolefinas possam ser derretidas e remodeladas em novas formas, este processo resulta em perdas significativas de qualidade. Os corantes presentes nos resíduos conferem uma cor escura ao material reciclado, enquanto o processo de aquecimento prejudica a sua qualidade: em consequência, o material só é adequado para aplicações de baixa qualidade, como vasos de plantas ou lajes de pavimentação.
Até ao momento, revelou-se impossível decompor seletivamente as poliolefinas nos seus blocos de construção básicos — os monómeros — a partir dos quais se poderiam sintetizar novos polímeros de alta qualidade. As olefinas, que consistem exclusivamente em carbono e hidrogénio, carecem dos átomos de oxigénio, azoto ou cloro necessários para reações de clivagem direcionadas. Até à data, o único método viável é a decomposição aleatória através de um processo de aquecimento energeticamente intensivo conhecido como pirólise. Este processo produz matérias-primas à base de petróleo a partir das quais os monómeros têm de ser reconstruídos.
Upcycling para adesivos de alto desempenho
Agora, uma equipa de investigadores liderada pelo químico de polímeros e professor da ETH Tae-Lim Choi desenvolveu um processo que permite que as poliolefinas sejam transformadas em plásticos de maior valor, em vez de serem simplesmente recicladas de uma forma que reduz o seu valor. Para o conseguir, enxertam cadeias poliméricas adicionais com novas funcionalidades nos plásticos. A ETH Zurique patenteou o processo e nomeou-o para o Prémio Spark. Com este prémio, a universidade distingue o pedido de patente mais promissor do ano.
Hongsik Kim, o cientista sénior do grupo de Choi que foi o principal responsável pelo desenvolvimento do método, produziu adesivos como primeiro produto, utilizando sacos e garrafas de plástico comuns. A sua resistência de aderência a vários materiais, tais como metal, vidro ou madeira, cumpre os requisitos para um adesivo industrial utilizado em juntas que suportam cargas e estão sujeitas a elevadas tensões na fabricação de veículos ou equipamentos. O leque de aplicações potenciais, no entanto, é muito mais vasto: as cadeias poliméricas adicionais permitem introduzir todo o espectro de funcionalidades químicas nas poliolefinas; desde grupos polares que interagem com a água em graus variáveis, passando por ácidos e bases, até grupos químicos capazes de sofrer reações muito específicas.
Os átomos de cloro reativos ativam as cadeias poliméricas
Os solventes clorados são um componente químico fundamental do processo. Quando irradiados com luz de comprimento de onda curto, estes solventes podem gerar átomos de cloro individuais altamente reativos, conhecidos como radicais. Estes transferem a sua reatividade para os átomos de carbono nas cadeias de poliolefinas, resultando em radicais de carbono, que podem ser utilizados como ponto de partida para a síntese de cadeias poliméricas adicionais.
A ideia de utilizar solventes clorados para criar sítios reativos nas cadeias de poliolefina surge de uma colaboração entre Choi e o grupo liderado por Athina Anastasaki, professora de Polímeros Sustentáveis na ETH Zurique. Ela aplicou este princípio à reciclagem do vidro acrílico, também conhecido pela marca Plexiglas.
Simples e precisamente controlável
As principais vantagens do método recentemente patenteado residem no facto de ser extremamente simples, não requerer reagentes ou catalisadores especiais dispendiosos e não exigir temperaturas elevadas no processo.
Todo o processo decorre numa única etapa: os resíduos plásticos são dissolvidos num solvente clorado, após o que são adicionados os monómeros necessários para a síntese do polímero enxertado pretendido.
Além disso, o processo pode ser controlado com precisão: «Conseguimos controlar quantos radicais são gerados — e, consequentemente, quantos sítios nas cadeias de poliolefina são ativados para o enxerto —, ajustando o grau de cloração do solvente e o comprimento de onda da luz conforme necessário», explica Kim.
Tornam-se possíveis plásticos com novas propriedades
Para além do adesivo que foi agora produzido, são concebíveis muitas outras aplicações desta tecnologia, como Choi continua a explicar: «O adesivo é um produto de primeira geração. No futuro, serão possíveis plásticos com propriedades totalmente novas. Em princípio, é possível enxertar nas poliolefinas polímeros adicionais com qualquer funcionalidade química imaginável.»
Desde que a patente foi publicada há seis meses, os investigadores já estabeleceram inúmeros contactos com a indústria. Uma colaboração específica diz respeito às embalagens alimentares feitas de plásticos poliolefínicos, que não só serão impermeáveis como também impedirão a penetração de oxigénio. Consequentemente, os alimentos oxidam menos no congelador («apresentam menos manchas») do que acontece com as atuais embalagens de polietileno e polipropileno.
Adesivo capaz de melhorar produtos reciclados
Além disso, a funcionalidade adesiva do primeiro produto abre também novas possibilidades, segundo Kim: «Como agente aglutinante, esses materiais poderiam, entre outras coisas, unir plástico reciclado de baixa qualidade para formar um material muito mais durável — e, por conseguinte, de maior qualidade.»
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