Avanço na reciclagem de vidro acrílico
Procedimento incrivelmente simples
Os químicos de polímeros da ETH Zurich descobriram uma forma surpreendente de decompor o plástico PMMA quase completamente nos seus blocos de construção de monómeros. Nem mesmo os aditivos interferem no processo.
Atualmente, a reciclagem de plástico limita-se em grande parte à recolha de garrafas de bebidas PET ou de polietileno não misturadas. O plástico recolhido tem uma composição química idêntica e moléculas de polímero com um comprimento semelhante. Os aditivos utilizados para otimizar a cor, a suavidade ou a resistência à luz, por exemplo, também são semelhantes. O plástico pode, portanto, ser derretido diretamente e moldado em novas garrafas.
Em contraste, os chamados plásticos mistos, feitos de diferentes tipos e qualidades de plástico, são normalmente queimados apenas para gerar calor, por exemplo, em fábricas de cimento. Em consequência, perdem-se matérias-primas valiosas.
Os cientistas liderados por Athina Anastasaki, do Laboratório de Materiais Poliméricos da ETH Zurich, descobriram agora uma forma de decompor quase completamente os plásticos, neste caso o vidro acrílico, nos seus blocos de construção monoméricos. Estes podem depois ser facilmente purificados da mistura com aditivos por destilação, formando produtos de base de alta qualidade para a síntese de novos polímeros de vidro acrílico.
E o potencial é enorme: com uma produção global anual de cerca de 3,9 milhões de toneladas, o vidro acrílico (quimicamente: PMMA, polimetacrilato de metilo) é cada vez mais utilizado como um vidro plástico resistente e leve nas indústrias aeroespacial, automóvel, de ecrãs e de construção.
O processo apresentado pelos investigadores do ETH na revista Science é extremamente robusto. Também funciona com cadeias de polímeros muito longas, compostas por 10.000 blocos de construção. Mesmo aditivos como copolímeros, plastificantes ou corantes e a maioria dos outros plásticos dificilmente interferem na cisão da cadeia. Mesmo com vidro acrílico de cores diferentes da loja de bricolage, o rendimento situa-se entre 94 e 98 por cento.
Processo incrivelmente simples
"O nosso processo é extremamente simples", sublinha Anastasaki: "Só precisamos de um solvente que contenha cloro, temos de aquecer moderadamente a mistura de reciclagem dissolvida a 90-150 graus Celsius e podemos então iniciar a reação de degradação de forma direcionada com a ajuda de luz visível ou UV."
O professor do ETH ficou surpreendido com o facto de isto funcionar tão facilmente. Tal como muitos outros plásticos importantes, como o polietileno ou o polipropileno, os polímeros de vidro acrílico também são constituídos por uma cadeia polimérica composta exclusivamente por átomos de carbono e da qual se ramificam diferentes grupos laterais, consoante o tipo de plástico. Até agora, estas cadeias de carbono uniformes representavam um obstáculo químico intransponível para a divisão orientada em monómeros, uma vez que não oferecem quaisquer pontos de ataque definidos para as reacções de divisão.
O único método com o qual as cadeias homogéneas de carbono podem ser completamente divididas na prática industrial é a pirólise. Neste processo, as cadeias de carbono são clivadas termicamente a cerca de 400 graus Celsius. No entanto, estas reacções não são específicas e produz-se uma mistura de muitos produtos de cisão diferentes. O elevado consumo de energia e a complexa separação da mistura limitam seriamente a viabilidade económica da pirólise.
Desde há alguns anos, vários grupos de investigação têm vindo a fazer experiências com polímeros modificados. Isto implica a introdução de grupos moleculares facilmente cliváveis nas extremidades das cadeias poliméricas, que desencadeiam a degradação da cadeia a partir da extremidade. Desta forma, os investigadores conseguem rendimentos até mais de 90 por cento.
No entanto, estes polímeros projectados têm várias desvantagens decisivas: primeiro, têm de ser integrados na produção de plásticos estabelecida. Além disso, os seus grupos terminais reactivos limitam significativamente a estabilidade térmica dos polímeros e, por conseguinte, as suas potenciais aplicações. Além disso, muitos dos aditivos convencionais para plásticos reduzem o rendimento das reacções e, mesmo com cadeias de polímeros mais longas, que se encontram frequentemente nos plásticos comerciais, a degradação só funciona de forma limitada.
O solvente determina a reação
Como acontece frequentemente em química, Anastasaki explica que a descoberta do novo método foi ajudada pelo acaso: "Na verdade, estávamos à procura de catalisadores específicos que promovessem especificamente a decomposição em monómeros. Mas numa experiência de controlo, ficámos surpreendidos ao descobrir que o catalisador não era de todo necessário". O solvente clorado em que a amostra de vidro acrílico triturado foi dissolvida foi suficiente para dividir o polímero quase completamente com a ajuda da luz UV.
Quando os investigadores investigaram a reação de divisão em mais pormenor, descobriram um mecanismo surpreendente. A partícula quimicamente ativa na reação é um radical de cloro. Este separa-se do solvente clorado quando é excitado pela luz UV. O que foi inesperado foi o facto de a luz de onda longa conseguir quebrar a ligação entre o cloro e a molécula do solvente. Isto acontece através de um fenómeno fotoquímico quase esotérico, em que uma proporção muito pequena das moléculas do solvente absorve luz UV com comprimentos de onda elevados.
Anastasaki pôde contar com a ajuda de especialistas de outros grupos de investigação do ETH para elucidar o mecanismo de clivagem. Tae-Lim Choi, do Laboratório de Química de Polímeros, calculou os estados electrónicos teóricos das moléculas envolvidas, e Gunnar Jeschke, do Instituto de Física Molecular, efectuou medições de ressonância de spin eletrónico para verificar experimentalmente as previsões teóricas.
O cloro tem de desaparecer
No futuro, porém, a investigadora do ETH quer prescindir do solvente clorado no seu processo de reciclagem: "Os compostos químicos clorados são nocivos para o ambiente. O nosso próximo objetivo é, portanto, modificar as reacções para que também funcionem sem o solvente clorado.
A forma e o prazo em que o método ETH será posto em prática ainda estão em aberto. Em todo o caso, os investigadores de Anastasaki abriram a porta a novos métodos de reciclagem que podem ser utilizados para decompor especificamente as cadeias de carbono dos plásticos, anteriormente inacessíveis do ponto de vista químico.
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