Cientistas transformam resíduos plásticos em elastômeros sustentáveis de alto valor

O desafio global dos resíduos plásticos, especialmente o tereftalato de polietileno (PET) proveniente de produtos de utilização única que geram milhões de toneladas anualmente, intensificou os esforços para transformar estes resíduos em materiais de maior valor através da "reciclagem". Este artigo explora o potencial científico e industrial de poliésteres semi-aromáticos quimicamente reciclados, especificamente ácido tereftálico derivado de PET reciclado de baixo valor (rPET), para sintetizar elastômeros termoplásticos avançados (TPEs).

I. Reciclagem de resíduos de poliéster e desenvolvimento de materiais de alto valor

Os resíduos globais de PET provenientes de garrafas e embalagens necessitam de estratégias de reciclagem economicamente viáveis, categorizadas em três abordagens:

• Reciclagem Primária:Reprocessamento de polímeros sozinhos ou misturados para produtos secundários com requisitos de desempenho mais baixos.
• Reciclagem Secundária:Reprocessamento térmico/físico em novos produtos.
• Reciclagem Terciária:Despolimerização via pirólise ou métodos químicos para recuperação de monômeros.

As demandas legislativas por sustentabilidade impulsionaram inovações na reciclagem de PET. A pesquisa se concentra na recuperação de ácido tereftálico de rPET e na otimização de processos para combiná-lo com monômeros de base biológica (por exemplo, etilenoglicol, butanodiol ou dióis derivados de furano) e poliéteres (PEG, PTHF) para criar materiais comercialmente viáveis.

II. Copolímeros em bloco PBT-PTHF como TPEs de última geração

O ácido tereftálico derivado de rPET pode substituir o tereftalato de dimetila (DMT) na síntese de tereftalato de polibutileno (PBT) como segmentos duros para TPEs. Esses copolímeros em bloco combinam segmentos duros cristalinos (para estabilidade térmica) com segmentos macios e amorfos (para flexibilidade em baixas temperaturas), permitindo aplicações em bens automotivos e de consumo.

Este estudo apresenta um processo de uma etapa onde o rPET reage com 1,4-butanodiol (BDO) na presença de PTHF para formar diretamente copolímeros em bloco PBT-PTHF. Embora os TPEs baseados em PBT dominem as aplicações de engenharia devido à cristalização mais rápida do que as alternativas baseadas em PET, as relações estrutura-propriedade em sistemas que incorporam monômeros derivados de rPET permanecem subexploradas.

III. Controle Microestrutural e Comportamento de Fase

A caracterização avançada revela como a composição afeta a cristalização:

• Sistemas ricos em segmentos rígidosexibem separação de fases pronunciada, influenciando a cinética de cristalização e formando estruturas lamelares.
• Sistemas dominantes em segmentos flexíveismostram impacto mínimo da separação de microfases no crescimento do cristal.

A microscopia de luz polarizada e o espalhamento de raios X demonstram que os copolímeros PBT-PTHF formam esferulitos, dendritos ou redes semelhantes a esferas, dependendo do comprimento do bloco e das condições de cristalização. Notavelmente, os monômeros derivados de rPET aumentam as taxas de cristalização - atribuídas a catalisadores residuais em ácido tereftálico reciclado - sem alterar a morfologia macroscópica.

4. Sustentabilidade e direções futuras

Com os monômeros de base fóssil enfrentando a eliminação progressiva dentro de duas décadas, este trabalho fornece uma estrutura para o desenvolvimento de TPEs circulares usando resíduos de PET e monômeros de base biológica. A capacidade de adaptar o comportamento de cristalização por meio do design de copolímero em bloco, ao mesmo tempo em que aproveita matérias-primas recicladas, oferece um modelo escalável para materiais sustentáveis ​​de alto desempenho.