Para sintetizar o pla¡stico, pequenas moléculas de mona´mero precisam ser unidas como contas em um colar, criando longas cadeias de pola­mero.

No entanto, nem todos os pla¡sticos - ou seus polímeros - são criados iguais. Quanto mais longo e forte for o pola­mero , mais dura¡vel seráo material.

Os pesquisadores da Cornell pegaram um mona´mero mediano e, usando um catalisador especial, criaram um pola­mero mais resistente que pode formar longas cadeias. O pola­mero pode então ser facilmente despolimerizado de volta ao estado de mona´mero com um catalisador a¡cido, resultando em um termopla¡stico quimicamente recicla¡vel que compete com os pla¡sticos mais populares, polietileno e polipropileno.

O artigo da equipe, "Termopla¡sticos quimicamente recicla¡veis ​​da polimerização de desativação reversa­vel de acetais ca­clicos", publicado em 13 de agosto na Science .

Os coautores principais são o ex-pesquisador de pa³s-doutorado Brooks Abel e Rachel Snyder, Ph.D. '21.

"Idealmente, o pola­mero perfeito éaquele que tem tensaµes iniciais realmente altas e então sofre um alongamento muito bom", disse Geoffrey Coates, professor da Faculdade de Artes e Ciências da Tisch University e autor saªnior do artigo. "Os polímeros dos quais vocêprovavelmente já ouviu falar, polietileno e polipropileno, eles simplesmente tem a³timas propriedades. Muitos dos novos polímeros não se comparam bem com esses já testados e comprovados. Nosso pola­mero estãobem no meio do pacote. Ele existe há60 ou 70 anos, mas ninguanãm foi capaz de fazer cadeias realmente longas e obter propriedades realmente boas. "

Em uma reviravolta inesperada, a descoberta não emergiu da pesquisa de pla¡sticos convencionais, mas sim do envolvimento do Grupo Coates com o Centro Conjunto para Pesquisa de Armazenamento de Energia, uma colaboração interdisciplinar lana§ada pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos para produzir baterias de próxima geração. Coates e sua equipe tem trabalhado para desenvolver polímeros sustenta¡veis ​​que podem ser usados ​​no armazenamento de energia e materiais de conversão quando perceberam que seu pola­mero - poli (1,3-dioxolano) ou PDXL - era adequado para a criação de um termopla¡stico - um material com propriedades que permitem que seja fundido, reciclado e remodelado.

Os pesquisadores construa­ram seu pola­mero a partir de um mona´mero de acetal ca­clico denominado dioxolano, que ésintetizado a partir de fontes de formaldea­do e etilenoglicol potencialmente biorrenova¡veis. Os poliacetais são fortes candidatos para a criação de termopla¡sticos recicla¡veis ​​porque são esta¡veis ​​acima de 300 graus Celsius, mas despolimerizam em temperaturas relativamente baixas - geralmente abaixo de 150 graus Celsius - na presença de um catalisador a¡cido. Eles também são baratos e podem ser de origem biológica. No entanto, os poliacetais não foram usados ​​antes porque as cadeias de pola­mero são geralmente muito curtas para atingir a resistência meca¢nica necessa¡ria para aplicações comerciais.

"Quera­amos desenvolver uma nova maneira de fazer poliacetais que nos desse controle sobre o comprimento das cadeias de pola­mero", disse Abel. "No final das contas, fomos capazes de fazer poliacetais de peso molecular realmente alto que eram surpreendentemente daºcteis e fortes em comparação com suas contrapartes mais fra¡geis e de baixo peso molecular."

"Se vocêdeseja fazer um copo que não quebra ao ser flexionado, énecessa¡rio obter um peso molecular realmente alto", disse Coates.

Usando um processo chamado polimerização catia´nica de abertura de anel de desativação reversa­vel, os pesquisadores foram capazes de conectar os mona´meros em longas cadeias de PDXL que tem alto peso molecular e alta resistência a  tração.

O termopla¡stico resultante éforte e flexa­vel o suficiente para ser usado em aplicações em grande escala, como embalagens de produtos. A equipe demonstrou esse potencial criando vários itens de prota³tipo, incluindo bolsas de proteção, embalagens moldadas e almofadas de ar infla¡veis ​​do tipo que a Amazon usa para preencher suas caixas.

"No momento, quase 40% do pla¡stico éproduzido para produtos de embalagem que são usados ​​brevemente e depois descartados", disse Snyder. "O PDXL tem a resistência necessa¡ria para embalagem, mas em vez de joga¡-lo fora, podemos coleta¡-lo e reutiliza¡-lo usando um processo de reciclagem química muito eficiente. Isso o torna um candidato perfeito para uma economia de pola­mero circular."

O processo de reciclagem étão eficiente que o PDXL pode atéser despolimerizado de misturas complexas de resíduos de pla¡stico . A equipe misturou PDXL com outros pla¡sticos de commodities, como tereftalato de polietileno, polietileno e poliestireno. Depois de aplicar um catalisador a¡cido reutiliza¡vel e calor, eles conseguiram recuperar 96% do mona´mero de dioxolano puro, demonstrando que ele pode ser facilmente isolado de contaminantes comuns como corantes e plastificantes. O mona´mero recuperado foi então repolimerizado em PDXL, ilustrando a circularidade da reciclagem química do poliacetal.

Isso aponta para o atributo mais significativo do pola­mero: sua sustentabilidade.

“Sa£o necessa¡rios muitos combusta­veis fa³sseis para fazer esses pla¡sticos, e a pegada de carbono do polietileno ou polipropileno comum émuito ruim. Portanto, temos que melhorar a forma como os fazemos”, disse Coates. "Se vocêpuder reciclar quimicamente o pola­mero, ele não ira¡ para o oceano, certo? E então, em vez de usar toda essa energia para tirar o petra³leo do solo e quebra¡-lo em pedacinhos e gastar toda essa energia, tudo o que temos a fazer éapenas aquecer o pola­mero e boom, temos um mona´mero novamente. "