30 de julho de 2020 Miguel Silva

Químicos do MIT Reciclam Plásticos Resistentes

Um dos Maiores Desafios para o Setor Calçadista é fazer com que os Calçados Usados, ao final do seu ciclo de vida, voltem para dentro do sistema. Ou seja, fazer com que os calçados, após o seu uso, sejam reciclados e transformados em novos calçados. Isto, devido à grande variedade de componentes presentes nos Cabedais e Solados. Este estudo do MIT traz uma nova luz e aponta caminhos muito promissores na ampliação do Circularidade dos Nossos Calçados.

Os Químicos do MIT desenvolveram um novo método para produzir plásticos termofixos que permite que eles sejam decompostos (quebrados) mais facilmente após o uso.

Os Polímeros Termofixos (Termoendurecíveis), encontrados em Calçados, Peças Automotivas e em Aparelhos Elétricos, precisam ser duráveis e resistentes ao calor, mas normalmente não podem ser facilmente reciclados ou decompostos após o uso. Agora, os químicos do MIT desenvolveram uma maneira de modificar os plásticos Termofixos que permitem que eles sejam decompostos mais facilmente sem comprometer sua força mecânica.

Os termofixos, que incluem epóxis, poliuretanos e borracha usados para pneus, solados de calçados, são encontrados em muitos produtos que precisam ser duráveis e resistentes ao calor, como carros, calados, ou eletrodomésticos.

Uma desvantagem desses materiais é que eles normalmente não podem ser facilmente reciclados ou decompostos após o uso, porque as ligações químicas que os mantêm unidos são mais fortes do que as encontradas em outros materiais, como termoplásticos.

Nota do tradutor: Termofixo = termorrígidos ou termoendurecidos são polímeros cuja rigidez não se altera com a temperatura. Ou seja, uma vez moldados, eles não podem ser fundidos novamente. Já o Termoplástico pode ser fundido inúmeras vezes sem perder as propriedades originais.

Um exemplo seria o Solado do Calçado feito em Borracha (Termofixo) que após ser vulcanizado e Prensado (Moldado) ele não mais poderá voltar ao seu estado original, enquanto um solado feito em TPU (Thermoplastic Polyurethane – Poliuretano Termoplástico), após ser injetado (Moldado por Injeção) ele poderá ser fundido (derretido) inúmeras vezes, e reinjetado, transformando-se em novos solados de calçados.

Os químicos do MIT agora desenvolveram uma maneira de modificar os plásticos Termoendurecíveis (termoplásticos) com um Reticulante que facilita a decomposição dos materiais, mas ainda lhes permite reter a resistência mecânica que os torna tão úteis.

Em um estudo publicado na Nature, os pesquisadores mostraram que eles poderiam produzir uma versão degradável de um plástico termoendurecido chamado pDCPD, quebrá-lo em pó e usá-lo para criar mais pDCPD (Polidiciclopentadieno). Eles também propuseram um modelo teórico sugerindo que sua abordagem poderia ser aplicável a uma ampla gama de plásticos e outros polímeros, como a borracha.

“Este trabalho revela um princípio fundamental de design que acreditamos ser geral para qualquer tipo de termofixo com essa arquitetura básica”, diz Jeremiah Johnson, professor de química do MIT e autor sênior do estudo.

Peyton Shieh, bolsista de pós-doutorado da Sociedade Americana de Câncer do MIT, é o primeiro autor do artigo.

Difícil de Reciclar

Nota do Tradutor: percebemos pela imagem acima que diversos materiais compõem o cabedal e o solado de um calçado. Este é um dos grandes desafios para que os calçados sejam reciclados no final de sua vida útil. Este artigo do MIT abre, de fato, novas possibilidades e alternativas sobre este intrincado quebra-cabeças. De passo em passo, vamos evoluindo e amadurecendo o tema Circularidade (Economia Circular) no Segmento Calçadista Brasileiro e Global.

Os termofixos são uma das duas principais classes de plásticos, juntamente com os termoplásticos. Os termoplásticos incluem polietileno e polipropileno, que são usados para sacolas plásticas e outros plásticos descartáveis, como embalagens de alimentos. Esses materiais são feitos aquecendo pequenos pellets de plástico até derreterem, moldando-os na forma desejada e deixando-os esfriarem novamente em um sólido.

Os termoplásticos, que representam cerca de 75% da produção mundial de plásticos, podem ser reciclados aquecendo-os novamente até que se tornem líquidos, para que possam ser remoldados para uma nova forma.

Os plásticos Termoendurecíveis são fabricados por um processo semelhante, mas depois que são resfriados de um líquido para um sólido, é muito difícil devolvê-los ao estado líquido. Isso ocorre porque as ligações que se formam entre as moléculas de polímero são fortes ligações químicas chamadas ligações covalentes, que são muito difíceis de romper. Quando aquecidos, os plásticos Termoendurecíveis 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 há uma maneira fácil de reciclá-los.”

A equipe do MIT queria desenvolver uma maneira de reter os atributos positivos dos plásticos Termoendurecíveis – sua Resistência e Durabilidade – enquanto os tornava mais fáceis de serem decompostos 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 degradáveis ​​para a administração de medicamentos, incorporando um monômero, contendo um grupo éter silílico. Esse monômero é distribuído aleatoriamente por todo o material e, quando o material é exposto a ácidos, bases ou íons, como fluoreto, as ligações silil-éter se quebram.

O mesmo tipo de reação química usada para sintetizar esses polímeros também é usado para fazer alguns plásticos Termoendurecíveis, incluindo o Polidiciclopentadieno (pDCPD), que é usado para painéis de carroceria em caminhões e ônibus.

Usando a mesma estratégia de seu artigo de 2019, os pesquisadores adicionaram monômeros de silil-éter aos líquidos que formam o pDCPD. Eles descobriram que, se o monômero de éter silílico constituísse entre 7,5 e 10% do material total, o pDCPD manteria sua resistência mecânica, mas poderia ser decomposto em pó solúvel após exposição a íons fluoreto.

“Essa foi a primeira coisa interessante que encontramos”, diz Johnson. “Podemos tornar o pDCPD degradável sem prejudicar suas propriedades mecânicas úteis.”

Novos Materiais

Na segunda fase do estudo, os pesquisadores tentaram reutilizar o pó resultante para formar um novo material de pDCPD. Após dissolver o pó na solução precursora usada para fazer pDCPD, eles conseguiram fazer novos termofixos de pDCPD a partir do pó reciclado.

“Esse novo material tem propriedades mecânicas quase indistinguíveis e, de certa forma, aprimoradas, em comparação com o material original”, diz Johnson. “Mostrar que você pode pegar os produtos de degradação e refazer o mesmo termofixo novamente usando o mesmo processo é emocionante”.

Os pesquisadores acreditam que essa abordagem geral também pode ser aplicada a outros tipos de química termoendurecível. Neste estudo, eles mostraram que o uso de monômeros degradáveis ​​para formar as cadeias individuais dos polímeros é muito mais eficaz do que o uso de ligações degradáveis ​​para “reticular” as cadeias, o que já havia sido tentado anteriormente. Eles acreditam que essa abordagem de cadeia clivável poderia ser usada para gerar muitos outros tipos de materiais degradáveis.

Nota do tradutor: os mais de 20 bilhões de pares de calçados (estimativa de 2019) produzidos globalmente a cada ano, sem dúvida alguma, demandam um cuidado muito especial quanto a sua destinação ao final do seu ciclo de vida. Sabemos que as soluções para este desafio não virão de uma hora para outra, mas é preciso caminhar dando passos firmes neste sentido. As Universidades, as Escolas de Pesquisa, as Grandes Marcas e Fabricantes, e todos os demais atores da cadeia calçadista, têm uma enorme responsabilidade em apontar as direções, e soluções tomando a dianteira na busca por alternativas que tornem a Cadeia Calçadista Sustentável e Circular.

“Este é um avanço empolgante na engenharia de plásticos Termoendurecíveis”, diz Jeffrey Moore, professor de química da Universidade de Illinois, que não participou do estudo.

“Os químicos gastaram a maior parte de seu esforço aprendendo a sintetizar plásticos 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 importância tecnológica.”

Se os tipos certos de monômeros degradáveis ​​puderem ser encontrados para outros tipos de reações de polimerização, essa abordagem poderá ser usada para criar versões degradáveis ​​de outros materiais termoendurecíveis, como acrílicos, epóxis, silicones ou borracha vulcanizada, diz Johnson. Os pesquisadores agora esperam formar uma empresa para licenciar e comercializar a tecnologia.

Patrick Casey, consultor de novos produtos da SP Insight e mentor do Centro Deshpande de Inovação Tecnológica do MIT, vem trabalhando com Johnson e Shieh para avaliar a tecnologia, incluindo a realização de modelagem econômica preliminar e pesquisa de mercado secundária.

“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 peças obtêm um fluxo de materiais reciclados de baixo custo; fabricantes de equipamentos, como empresas automotivas, podem cumprir seus objetivos de sustentabilidade; e os recicladores obtêm um novo fluxo de receita com plásticos termofixos.

Os consumidores veem uma economia de custos e todos nós temos um ambiente mais limpo.”

A pesquisa foi financiada pela National Science Foundation e pelo National Institutes of Health.

Fonte: site MIT.

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