Novo manãtodo para a produção de pla¡sticos termoendurecaveis permite que eles sejam quebrados mais facilmente após o uso.
Os polímeros termoendurecaveis, encontrados em pea§as automotivas e em aparelhos elanãtricos, precisam ser dura¡veis ​​e resistentes ao calor, mas normalmente não podem ser facilmente reciclados ou quebrados após o uso. Agora, os químicos do MIT desenvolveram uma maneira de modificar os pla¡sticos termoendurecaveis que permitem que eles sejam quebrados mais facilmente sem comprometer sua força meca¢nica.
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Os termofixos, que incluem epa³xis, poliuretanos e borracha usados ​​para pneus, são encontrados em muitos produtos que precisam ser dura¡veis ​​e resistentes ao calor, como carros ou eletrodomanãsticos. Uma desvantagem desses materiais éque eles normalmente não podem ser facilmente reciclados ou quebrados após o uso, porque as ligações químicas que os mantem unidos são mais fortes do que as encontradas em outros materiais, como termopla¡sticos.
Os químicos do MIT agora desenvolveram uma maneira de modificar os pla¡sticos termoendurecaveis com um ligante quamico que facilita a decomposição dos materiais, mas ainda lhes permite reter a força meca¢nica que os torna tão aºteis.
Em um estudo publicado hoje na Nature , os pesquisadores mostraram que eles poderiam produzir uma versão degrada¡vel de um pla¡stico termoendurecido chamado pDCPD, quebra¡-lo em pa³ e usa¡-lo para criar mais pDCPD. Eles também propuseram um modelo tea³rico sugerindo que sua abordagem poderia ser aplica¡vel a uma ampla gama de pla¡sticos e outros polímeros, como a borracha.
"Este trabalho revela um princapio fundamental de design que acreditamos ser geral para qualquer tipo de termofixo com essa arquitetura ba¡sica", diz Jeremiah Johnson, professor de química do MIT e autor saªnior do estudo.
Peyton Shieh, bolsista de pa³s-doutorado da Sociedade Americana de Ca¢ncer do MIT, éo primeiro autor do artigo.
Difacil de reciclar
Os termofixos são uma das duas principais classes de pla¡sticos, juntamente com os termopla¡sticos. Os termopla¡sticos incluem polietileno e polipropileno, que são usados ​​para sacolas pla¡sticas e outros pla¡sticos descarta¡veis, como embalagens de alimentos. Esses materiais são feitos aquecendo pequenos pellets de pla¡stico atéderreterem, moldando-os na forma desejada e deixando-os esfriarem novamente em um sãolido.
Os termopla¡sticos, que representam cerca de 75% da produção mundial de pla¡sticos, podem ser reciclados aquecendo-os novamente atéque se tornem laquidos, para que possam ser remoldados para uma nova forma.
Os pla¡sticos termoendurecaveis são fabricados por um processo semelhante, mas depois que são resfriados de um laquido para um sãolido, émuito difacil devolvaª-los ao estado laquido. Isso ocorre porque as ligações que se formam entre as moléculas de polamero são fortes ligações químicas chamadas ligações covalentes, que são muito difaceis de romper. Quando aquecidos, os pla¡sticos termoendurecaveis normalmente queimam antes de serem remoldados, diz Johnson.
"Uma vez definidos em uma determinada forma, ficam nessa forma durante toda a vida", diz ele. "Muitas vezes não háuma maneira fa¡cil de recicla¡-los."
A equipe do MIT queria desenvolver uma maneira de reter os atributos positivos dos pla¡sticos termoendurecaveis - sua resistência e durabilidade - enquanto os tornava mais fa¡ceis de quebrar após o uso.
Em um artigo publicado no ano passado, com Shieh como principal autor, o grupo de Johnson relatou uma maneira de criar polímeros degrada¡veis para a administração de medicamentos, incorporando um bloco de construção, ou mona´mero, contendo um grupo silil anãter. Esse mona´mero édistribuado aleatoriamente por todo o material e, quando o material éexposto a a¡cidos, bases ou aons, como fluoreto, as ligações sililanãter se quebram.
O mesmo tipo de reação química usada para sintetizar esses polímeros também éusado para fazer alguns pla¡sticos termoendurecaveis, incluindo o polidiciclopentadieno (pDCPD), que éusado para painanãis de carroceria em caminhaµes e a´nibus.
Usando a mesma estratanãgia de seu artigo de 2019, os pesquisadores adicionaram mona´meros de silil anãter aos precursores laquidos que formam o pDCPD. Eles descobriram que, se o mona´mero de anãter silalico constituasse entre 7,5 e 10% do material total, o pDCPD manteria sua resistência meca¢nica, mas poderia ser decomposto em pa³ solaºvel após exposição a aons fluoreto.
"Essa foi a primeira coisa interessante que encontramos", diz Johnson. "Podemos tornar o pDCPD degrada¡vel sem prejudicar suas propriedades meca¢nicas aºteis."
Novos materiais
Na segunda fase do estudo, os pesquisadores tentaram reutilizar o pa³ resultante para formar um novo material de pDCPD. Apa³s dissolver o pa³ na solução precursora usada para fazer pDCPD, eles conseguiram fazer novos termofixos de pDCPD a partir do pa³ reciclado.
"Esse novo material tem propriedades meca¢nicas quase indistinguaveis e, de certa forma, aprimoradas, em comparação com o material original", diz Johnson. "Mostrar que vocêpode pegar os produtos de degradação e refazer o mesmo termofixo novamente usando o mesmo processo éemocionante".
Os pesquisadores acreditam que essa abordagem geral também pode ser aplicada a outros tipos de química termoendurecavel. Neste estudo, eles mostraram que o uso de mona´meros degrada¡veis ​​para formar as cadeias individuais dos polímeros émuito mais eficaz do que o uso de ligações degrada¡veis ​​para "reticular" as cadeias, o que já havia sido tentado anteriormente. Eles acreditam que essa abordagem de corda£o cliva¡vel poderia ser usada para gerar muitos outros tipos de materiais degrada¡veis.
"Este éum avanço empolgante na engenharia de pla¡sticos termoendurecaveis", diz Jeffrey Moore, professor de química da Universidade de Illinois, que não participou do estudo. “Os químicos gastaram a maior parte de seu esfora§o aprendendo a sintetizar pla¡sticos melhores e muito menos pesquisa química foi investida na ciência da desconstrução de polímeros. O trabalho de Johnson ajuda a preencher essa importante lacuna no conhecimento fundamental, proporcionando avanços de importa¢ncia tecnologiica. â€
Se os tipos certos de mona´meros degrada¡veis ​​puderem ser encontrados para outros tipos de reações de polimerização, essa abordagem podera¡ ser usada para criar versaµes degrada¡veis ​​de outros materiais termoendurecaveis, como acralicos, epa³xis, silicones ou borracha vulcanizada, diz Johnson.
Os pesquisadores agora esperam formar uma empresa para licenciar e comercializar a tecnologia. O MIT também concedeu a Millipore Sigma uma licena§a não exclusiva para fabricar e vender os mona´meros de silil anãter para fins de pesquisa.
Patrick Casey, consultor de novos produtos da SP Insight e mentor do Centro Deshpande de Inovação Tecnola³gica do MIT, trabalha com Johnson e Shieh para avaliar a tecnologia, incluindo a realização de modelagem econa´mica preliminar e pesquisa de mercado secunda¡ria.
"Discutimos essa tecnologia com alguns dos principais players do setor, que nos dizem que promete ser bom para as partes interessadas em toda a cadeia de valor", diz Casey. “Os fabricantes de pea§as obtem um fluxo de materiais reciclados de baixo custo; fabricantes de equipamentos, como empresas automotivas, podem cumprir seus objetivos de sustentabilidade; e os recicladores obtem um novo fluxo de receita com pla¡sticos termofixos. Os consumidores veem uma economia de custos e todos nostemos um ambiente mais limpo. â€
A pesquisa foi financiada pela National Science Foundation e pelo National Institutes of Health.