Os plásticos de nova geração permitem a recuperação de monômeros a partir de aditivos comuns, mesmo em fluxos de resíduos mistos, produzindo apenas água como subproduto.
#biotecnologia, #PDK, #plásticos, #reciclagem
Uma equipe de pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia dos Estados Unidos (Laboratório de Berkeley) desenvolveu um plástico reciclável que pode ser decomposto em elementos constituintes em nível molecular e depois remontado em diferentes formas, texturas e cores. de novo e de novo sem perder desempenho ou qualidade. Um novo material chamado poli (dicentenoamina) ou PDK foi publicado na Nature Chemistry.
Todos os plásticos, de garrafas de água a autopeças, são feitos de grandes moléculas chamadas polímeros, que consistem em ligações repetitivas de compostos de carbono mais curtos chamados monômeros.
Os plásticos recirculados são produtos de baixo custo devido a impurezas residuais e degradação do polímero em cada ciclo de reutilização. Plásticos que sofrem polimerização reversível podem recuperar monômeros valiosos e convertê-los em materiais não danificados. No entanto, a recuperação de monómeros é frequentemente dispendiosa, complexa e consome energia. Plásticos de nova geração, polimerizados usando ligações covalentes dinâmicas de dicetoenamina, permitem a recuperação de monômeros a partir de aditivos comuns, mesmo em fluxos mistos de resíduos, produzindo apenas água como subproduto. Os monômeros extraídos podem ser recuperados na mesma formulação polimérica sem perda de produtividade, assim como em outras formulações de polímeros com propriedades diferenciadas. A facilidade com que o polietileno (dicetenoamina) pode ser fabricado, usado, reciclado e reutilizado sem perda de valor, indica novas direções no desenvolvimento de polímeros sustentáveis com impacto ambiental mínimo.
De acordo com os pesquisadores, o problema com muitos plásticos é que os produtos químicos adicionados à sua utilidade, tais como enchimentos que tornam os plásticos rígidos, ou plastificantes que tornam os plásticos flexíveis, estão intimamente relacionados aos monômeros e permanecem em o plástico. Mesmo depois de ser processado em uma usina de reciclagem.
Durante o processamento nestas plantas, os plásticos de diferentes composições químicas (plásticos sólidos, plásticos elásticos, plásticos transparentes, plásticos coloridos) são misturados e triturados em pedaços. Quando essa mistura de plástico cortado se funde para criar um novo material, é difícil prever as propriedades que ele herdará dos plásticos originais.
Essa herança de propriedades desconhecidas e, portanto, imprevisível, impediu que os plásticos se tornassem o que muitos consideram a base do processamento: um material "redondo" cujos monômeros originais podem ser extraídos para reutilização pelo maior tempo possível ou "Reciclado" em um novo. Um produto da mais alta qualidade.
Portanto, quando uma sacola de compras reutilizável se desgasta, ela não pode ser reciclada para criar um novo produto. Segundo Helms, uma vez que a sacola tenha chegado ao fim de sua vida útil, ela é incinerada para produzir calor, eletricidade ou combustível, ou é transportada para um aterro sanitário.
Uma nova geração de plásticos
Pesquisadores querem remover plásticos de aterros e oceanos, encorajando sua recuperação e reutilização, o que é possível com polímeros feitos de MPCs. "No caso do PDK, os compostos invariáveis nos plásticos convencionais são substituídos por compostos reversíveis que permitem um processamento mais eficiente dos plásticos", disse Helms.
Ao contrário dos plásticos convencionais, os monômeros plásticos PDK podem ser removidos e liberados de qualquer aditivo complexo simplesmente por imersão do material em uma solução altamente ácida. O ácido ajuda a romper as ligações entre os monômeros e os separa dos aditivos químicos que dão ao plástico uma aparência e uma sensação.
"Estamos interessados em química que redireciona os ciclos de vida dos plásticos de linear para circular", disse Helms. "Nós vemos uma oportunidade de mudar a situação quando não há opções de reciclagem, como colas, capas de telefone, pulseiras de relógio, sapatos, cabos de computador e materiais duros de plástico quente.
Os pesquisadores descobriram as surpreendentes propriedades da reciclagem de plásticos baseados em MPCs quando Christensen aplicou vários ácidos ao material de vidro usado para fazer os adesivos MPC, e notou que a composição do adesivo havia mudado. Curioso sobre como o adesivo poderia ser transformado, Christensen analisou a estrutura molecular da amostra usando um dispositivo de espectroscopia de RMN. "Para nossa surpresa, estes eram monômeros originais", diz Helms.
Depois de testar várias composições moleculares de fundição, eles mostraram que eles não apenas dividem os ácidos PDK poliméricos em monômeros, mas também permitem que os monômeros se separem dos aditivos bloqueadores.
Eles então demonstraram que os monômeros PDK recuperados podem ser convertidos em polímeros e que os polímeros reciclados podem formar novos materiais plásticos sem herdar a cor ou outras características do material original, de modo que o plástico descartado possa encontrar um novo uso. Por exemplo, um teclado de computador, se for feito de plástico PDK, também pode ser reciclado adicionando funções adicionais, como flexibilidade.
Para o futuro dos plásticos recicláveis
Os pesquisadores acreditam que seu novo plástico reciclável pode ser uma boa alternativa aos muitos plásticos não recicláveis que são usados atualmente.
"Estamos em um ponto crítico em que precisamos pensar na infraestrutura necessária para modernizar nossas instalações de reciclagem no futuro", disse Helms. "Se essas instalações fossem projetadas para reciclar o KDP e os plásticos relacionados, poderíamos usar melhor os plásticos dos aterros e oceanos - é um momento estimulante para pensar sobre como projetar materiais e instalações de reciclagem para permitir o uso de plásticos recicláveis ", disse Helms.
Os pesquisadores planejam então desenvolver plásticos PDK com uma ampla gama de propriedades térmicas e mecânicas para diversas aplicações, como têxteis, impressão 3D e espumas. Além disso, eles buscam expandir suas formulações para incluir materiais vegetais e outras fontes sustentáveis.
Embora esses plásticos "mais ecologicamente corretos" ajudem a reduzir a contaminação de plásticos no futuro, a humanidade ainda tem que lidar com 18 bilhões de libras de plástico comum que chega aos nossos oceanos a cada ano, e 6,3 um bilhão de toneladas. Plásticos foram criados desde 1950. De acordo com um estudo realizado no ano passado, 79% dos resíduos ainda estão aqui, flutuando no mar, em aterros sanitários ou espalhados por todo o campo.
Referências:
Helms, B. A. & Russell, T. P. Polymer chemistries enabling cradle-to-cradle life cycles for plastics. Chem. 1, 813–819 (2016).
Rahimi, A. R. & García, J. M. Chemical recycling of waste plastics for new materials production. Nat. Rev. Chem. 1, 0046 (2017).
García, J. M. & Robertson, M. L. The future of plastics recycling. Science 358, 870–872 (2017).
Hong, M. & Chen, E. Y.-X. Chemically recyclable polymers: a circular economy approach to sustainability. Green Chem. 19, 3692–3706 (2017).
MacArthur, E. Beyond plastic waste. Science 358, 843 (2017).
Schneiderman, D. K. & Hillmyer, M. A. 50th anniversary perspective: There is a great future in sustainable polymers. Macromolecules 50, 3733–3749 (2017).
Sardon, H. & Dove, A. P. Plastics recycling with a difference. Science 360, 380–381 (2018).
#biotecnologia, #PDK, #plásticos, #reciclagem
Todos os plásticos, de garrafas de água a autopeças, são feitos de grandes moléculas chamadas polímeros, que consistem em ligações repetitivas de compostos de carbono mais curtos chamados monômeros.
De acordo com os pesquisadores, o problema com muitos plásticos é que os produtos químicos adicionados à sua utilidade, tais como enchimentos que tornam os plásticos rígidos, ou plastificantes que tornam os plásticos flexíveis, estão intimamente relacionados aos monômeros e permanecem em o plástico. Mesmo depois de ser processado em uma usina de reciclagem.
Durante o processamento nestas plantas, os plásticos de diferentes composições químicas (plásticos sólidos, plásticos elásticos, plásticos transparentes, plásticos coloridos) são misturados e triturados em pedaços. Quando essa mistura de plástico cortado se funde para criar um novo material, é difícil prever as propriedades que ele herdará dos plásticos originais.
Essa herança de propriedades desconhecidas e, portanto, imprevisível, impediu que os plásticos se tornassem o que muitos consideram a base do processamento: um material "redondo" cujos monômeros originais podem ser extraídos para reutilização pelo maior tempo possível ou "Reciclado" em um novo. Um produto da mais alta qualidade.
Portanto, quando uma sacola de compras reutilizável se desgasta, ela não pode ser reciclada para criar um novo produto. Segundo Helms, uma vez que a sacola tenha chegado ao fim de sua vida útil, ela é incinerada para produzir calor, eletricidade ou combustível, ou é transportada para um aterro sanitário.
Uma nova geração de plásticos
Pesquisadores querem remover plásticos de aterros e oceanos, encorajando sua recuperação e reutilização, o que é possível com polímeros feitos de MPCs. "No caso do PDK, os compostos invariáveis nos plásticos convencionais são substituídos por compostos reversíveis que permitem um processamento mais eficiente dos plásticos", disse Helms.
Ao contrário dos plásticos convencionais, os monômeros plásticos PDK podem ser removidos e liberados de qualquer aditivo complexo simplesmente por imersão do material em uma solução altamente ácida. O ácido ajuda a romper as ligações entre os monômeros e os separa dos aditivos químicos que dão ao plástico uma aparência e uma sensação.
"Estamos interessados em química que redireciona os ciclos de vida dos plásticos de linear para circular", disse Helms. "Nós vemos uma oportunidade de mudar a situação quando não há opções de reciclagem, como colas, capas de telefone, pulseiras de relógio, sapatos, cabos de computador e materiais duros de plástico quente.
Depois de testar várias composições moleculares de fundição, eles mostraram que eles não apenas dividem os ácidos PDK poliméricos em monômeros, mas também permitem que os monômeros se separem dos aditivos bloqueadores.
Eles então demonstraram que os monômeros PDK recuperados podem ser convertidos em polímeros e que os polímeros reciclados podem formar novos materiais plásticos sem herdar a cor ou outras características do material original, de modo que o plástico descartado possa encontrar um novo uso. Por exemplo, um teclado de computador, se for feito de plástico PDK, também pode ser reciclado adicionando funções adicionais, como flexibilidade.
Para o futuro dos plásticos recicláveis
Os pesquisadores acreditam que seu novo plástico reciclável pode ser uma boa alternativa aos muitos plásticos não recicláveis que são usados atualmente.
"Estamos em um ponto crítico em que precisamos pensar na infraestrutura necessária para modernizar nossas instalações de reciclagem no futuro", disse Helms. "Se essas instalações fossem projetadas para reciclar o KDP e os plásticos relacionados, poderíamos usar melhor os plásticos dos aterros e oceanos - é um momento estimulante para pensar sobre como projetar materiais e instalações de reciclagem para permitir o uso de plásticos recicláveis ", disse Helms.
Os pesquisadores planejam então desenvolver plásticos PDK com uma ampla gama de propriedades térmicas e mecânicas para diversas aplicações, como têxteis, impressão 3D e espumas. Além disso, eles buscam expandir suas formulações para incluir materiais vegetais e outras fontes sustentáveis.
Embora esses plásticos "mais ecologicamente corretos" ajudem a reduzir a contaminação de plásticos no futuro, a humanidade ainda tem que lidar com 18 bilhões de libras de plástico comum que chega aos nossos oceanos a cada ano, e 6,3 um bilhão de toneladas. Plásticos foram criados desde 1950. De acordo com um estudo realizado no ano passado, 79% dos resíduos ainda estão aqui, flutuando no mar, em aterros sanitários ou espalhados por todo o campo.
Referências:
Helms, B. A. & Russell, T. P. Polymer chemistries enabling cradle-to-cradle life cycles for plastics. Chem. 1, 813–819 (2016).
Rahimi, A. R. & García, J. M. Chemical recycling of waste plastics for new materials production. Nat. Rev. Chem. 1, 0046 (2017).
García, J. M. & Robertson, M. L. The future of plastics recycling. Science 358, 870–872 (2017).
Hong, M. & Chen, E. Y.-X. Chemically recyclable polymers: a circular economy approach to sustainability. Green Chem. 19, 3692–3706 (2017).
MacArthur, E. Beyond plastic waste. Science 358, 843 (2017).
Schneiderman, D. K. & Hillmyer, M. A. 50th anniversary perspective: There is a great future in sustainable polymers. Macromolecules 50, 3733–3749 (2017).
Sardon, H. & Dove, A. P. Plastics recycling with a difference. Science 360, 380–381 (2018).
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