Pesquisadores desenvolveram uma técnica para desembaraçar polímeros absorventes e reciclá-los em materiais semelhantes aos adesivos pegajosos usados em notas adesivas e bandagens, usando a reciclagem de produtos químicos para evitar milhões de toneladas de resíduos.
Por Universidade de Michigan, publicado por Science Daily.
Todos os anos, 3,5 milhões de toneladas de fraldas encharcadas acabam em aterros sanitários.
O material superabsorvente dentro dessas fraldas é feito de uma matriz de polímeros que se expandem quando a umidade os atinge. Os polímeros são uma longa cadeia de unidades repetidas e, neste caso, o material absorvente das fraldas é baseado no polímero ácido poliacrílico.
Uma equipe da Universidade de Michigan desenvolveu uma técnica para desembaraçar esses polímeros absorventes e reciclá-los em materiais semelhantes aos adesivos pegajosos usados em notas adesivas e bandagens. Seus resultados foram publicados na Nature Communications .
Em termos gerais, a reciclagem pode ser agrupada em reciclagem mecânica e reciclagem química.
“Reciclagem mecânica é o que a maioria das pessoas pensa: você separa diferentes plásticos com base em suas identidades, corta-os em pequenos pedaços, derrete-os e reutiliza-os, o que diminui a qualidade do produto”, disse a química da UM Anne McNeil, autora corresponsável do papel.
A reciclagem mecânica leva a materiais de qualidade inferior porque os plásticos de diferentes empresas são construídos de maneira diferente: os polímeros podem ter comprimentos de cadeia diferentes ou podem ser alterados com aditivos e corantes diferentes.
“Existem tantos problemas, tudo geralmente é reciclado e termina em fibras de carpete ou bancos de parque”, disse McNeil, cujo laboratório se concentra na reciclagem química de plásticos. “Reciclagem química é a ideia de usar química e transformações químicas para fazer um material de valor agregado, ou pelo menos um material tão valioso quanto o original.”
As qualidades que geralmente tornam os plásticos desejáveis, como tenacidade e durabilidade, também são responsáveis por sua dificuldade de reciclagem. Em particular, os polímeros são difíceis de quebrar porque eles são mantidos juntos por ligações estáveis.
McNeil, professor de química e ciência macromolecular e engenharia, e Takunda Chazovachii, que recentemente se formou na UM com seu doutorado em química de polímeros, trabalharam com a Procter & Gamble para desenvolver um processo de três etapas que transforma polímeros superabsorventes em um material reutilizável – neste caso, adesivos. O método precisava ser eficiente em termos de energia e capaz de ser implantado em escala industrial.
“Polímeros superabsorventes são particularmente difíceis de reciclar porque são projetados para resistir à degradação e reter água permanentemente”, disse Chazovachii. “Os polímeros e adesivos superabsorventes são derivados do ácido acrílico. Essa origem comum inspirou nossa ideia de reciclagem.”
Os polímeros em materiais superabsorventes parecem uma rede de pesca mal tecida, diz McNeil, exceto que em vez de uma malha em forma de favo de mel, esses polímeros têm uma reticulação a cada 2.000 unidades, o que é mais do que suficiente para criar uma estrutura de rede insolúvel. Para reciclar esses materiais, os pesquisadores precisavam encontrar uma maneira de desvincular o polímero de rede em cadeias solúveis em água. Chazovachii descobriu que quando esses polímeros são aquecidos na presença de ácido ou base, suas ligações cruzadas são quebradas.
Os pesquisadores também precisavam determinar se esses processos seriam viáveis em escala industrial. Colaboradores Madeline Somers, assistente de pesquisa do Instituto de Sustentabilidade Graham da UM, e Jose Alfaro, pesquisador da Escola de Meio Ambiente e Sustentabilidade da UM, realizaram uma avaliação do ciclo de vida. Eles aprenderam que usar esse método ácido para desvincular os polímeros exibiria um potencial de aquecimento global 10 vezes menor, com base na liberação de dióxido de carbono, e exigiria 10 vezes menos energia do que usar uma abordagem mediada por base.
Em seguida, os pesquisadores precisaram encurtar as longas cadeias de polímeros dentro do material para produzir diferentes tipos de adesivos. Chazovachii percebeu que a sonicação – usando pequenas bolhas de ar para quebrar as cadeias de polímero – poderia cortar as cadeias em pedaços sem alterar as propriedades químicas das cadeias.
“O que realmente gostamos neste método é que é um processo mecânico suave e simples”, disse ele. “Ele quebra o polímero, mas deixa seus blocos de construção, ou grupos de ácido, intactos, então você pode realmente fazer outras reações com ele.”
Finalmente, Chazovachii, auxiliado pelo professor de química Paul Zimmerman e seu aluno Michael Robo, converteu grupos de ácido nas cadeias de polímero em grupos de éster. Isso muda as propriedades de solúvel em água para solúvel em orgânico, e elas se tornam pegajosas, como um adesivo. Um bônus extra: o reagente usado nessa reação, que também serve como solvente, pode ser reciclado e reutilizado. Depois de testar as propriedades do adesivo, Chazovachii percebeu que a sonicação não era necessária para atingir um tipo de adesivo, simplificando ainda mais a abordagem.
Por fim, os pesquisadores precisavam mostrar que desenvolver adesivos a partir de polímeros reciclados era mais fácil do que fazer adesivos a partir do petróleo – a rota típica. Comparando a rota dos adesivos com a convencional, os autores constataram que há uma redução de 22% no potencial de aquecimento global e 25% na redução de energia para a rota com fraldas recicladas.
Os pesquisadores dizem que trabalham com fraldas que já estão limpas – mas estão surgindo empresas que limpam fraldas usadas, como a afiliada da Procter & Gamble FaterSMART. Além disso, Chazovachii diz que as condições da reciclagem química matariam qualquer bactéria sobrevivente.
McNeil diz que espera que os químicos sintéticos que trabalham na produção de reações para pequenas moléculas voltem sua atenção para os polímeros.
“Este é apenas um artigo, mas movi a maior parte da minha pesquisa nesta direção porque acho que é uma oportunidade realmente aberta para os químicos sintéticos causarem um impacto em um problema do mundo real”, disse McNeil. “Quero que mais pessoas pensem nisso porque o problema global dos plásticos é tão grande e os químicos podem desempenhar um papel realmente importante em reimaginar o que fazemos com esses resíduos.”
Fonte da história:
Materiais fornecidos pela University of Michigan . Nota: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e comprimento.
Referência do jornal :
P. Takunda Chazovachii, Madeline J. Somers, Michael T. Robo, Dimitris I. Collias, Martin I. James, E. Neil G. Marsh, Paul M. Zimmerman, Jose F. Alfaro, Anne J. McNeil. Dando aos polímeros superabsorventes uma segunda vida como adesivos sensíveis à pressão . Nature Communications , 2021; 12 (1) DOI: 10.1038 / s41467-021-24488-9
