Todos os anos, milhões de pneus acabam em aterros sanitários, criando uma crise ambiental com consequências de longo alcance. Somente nos Estados Unidos, mais de 274 milhões de pneus foram descartados em 2021, com quase um quinto deles sendo descartados em aterros sanitários. O acúmulo desses resíduos apresenta não apenas uma questão espacial, mas também apresenta riscos ambientais, como lixiviação química e combustão espontânea. Embora a pirólise-um processo que recicla quimicamente a borracha através da decomposição de alta temperatura-seja amplamente utilizada, gera subprodutos nocivos como benzeno e dioxinas, apresentando riscos de saúde e ambientais.
Um estudo do Departamento de Energia dos EUA, “Desconstrução de borracha por meio de aminação e rearranjo de copo AZA”, publicado recentemente em Natureza e liderado pelo Dr. Aleksandr Zhukhovitskiy, William R. Kenan Jr., membro e professor assistente do Departamento de Química da UNC-Chapel Hill, apresenta um novo método químico para quebrar o desperdício de borracha. Essa técnica pioneira utiliza a aminação e uma estratégia de rearranjo de polímero para transformar a borracha descartada em precursores valiosos para resinas epóxi, oferecendo uma alternativa inovadora e sustentável aos métodos tradicionais de reciclagem.
A borracha, incluindo o tipo sintético usado em pneus, é composto por polímeros reticulados em uma rede tridimensional que se comporta como um materials resistente e flexível. A reciclagem desses materiais é difícil devido à extensa reticulação dentro da estrutura do polímero, o que dá à borracha sua durabilidade, mas também a torna resistente à degradação. Os métodos tradicionais para quebrar o foco de borracha em duas abordagens principais: des-vulcanização, que quebra as ligações cruzadas de enxofre, mas enfraquece as propriedades mecânicas do polímero e a clivagem dos espinhos de polímero usando métodos oxidativos ou catalíticos, que geralmente resultam em subprodutos de baixo valor complexo. Nenhuma das abordagens fornece uma solução eficiente e escalável para reaproveitar o desperdício de borracha.
“Nossa pesquisa procura superar esses desafios desenvolvendo um método que divide a borracha em materiais funcionais que possuem valor mesmo como uma mistura”, disse o Dr. Zhukhovitskiy, que é o autor correspondente do estudo.
Os pesquisadores introduzem um reagente de diimida de enxofre que permite a instalação de grupos de amina em locais específicos nas cadeias poliméricas. Esta etapa é essential porque outline o terreno para o rearranjo subsequente da espinha dorsal. Essa reação química reorganiza a espinha dorsal do polímero, quebrando a borracha em materiais solúveis e funcionalizados com amina que podem ser usados para produzir resinas epóxi.
Os pesquisadores mostraram que seu processo de duas etapas funciona muito bem. Em um teste com um polímero de modelo, eles o quebraram significativamente, reduzindo seu peso molecular de 58.100 g/mol para cerca de 400 g/mol. Quando aplicaram o método para usar borracha, ele quebrou completamente em apenas seis horas, transformando -o em um materials solúvel com grupos de amina que poderiam ser usados para fabricar materiais amplamente úteis, como resinas epóxi.
A eficiência desse método é particularmente impressionante quando comparada às técnicas tradicionais de reciclagem, que geralmente requerem temperaturas extremas ou catalisadores caros. Os pesquisadores obtiveram seus resultados em condições leves (35-50 ° C, ou 95-122 ° F) em meio aquoso, tornando o processo mais ecológico e econômico.
As resinas epóxi são amplamente utilizadas em indústrias para adesivos, revestimentos e compósitos. Eles geralmente são feitos de produtos químicos à base de petróleo, como o bisfenol A e agentes de cura. Esta pesquisa mostra que os poli-dienados modificados com amina, produzidos usando o método dos pesquisadores, podem criar materiais epóxi com força semelhante às resinas comerciais.
“Em momentos como esse, eu aprecio o poder da síntese orgânica”, disse Maxim Ratushnyy, co-autor do jornal e ex-estudioso de pós-doutorado em Unc-Chapel Hill. “É fascinante ver a facilidade com que a sequência desenvolvida de transformações orgânicas simples, porém poderosas, pode assumir uma ligação C-C-C-converter polibutadieno e borrachas à base de poliisoprene em resinas epóxi potencialmente valiosas”.
Além de suas aplicações práticas, este estudo marca um passo significativo para as tecnologias de reciclagem mais verdes. Os pesquisadores avaliaram o impacto ambiental de seu processo usando o fator de impacto ambiental (e-fator), uma medida de resíduos gerados em relação ao rendimento do produto.
“O fator eletrônico é uma métrica simples, mas poderosa, para comparar o impacto de um novo processo aos titulares, mas também para destacar as etapas do processo que podem ser melhoradas à medida que trabalhamos para fazer a transição desse processo para fora do laboratório e a prática”, disse o Dr. Geoff Lewis, especialista em pesquisa do Centro de Sistemas Sustentáveis da Universidade de Michigan.
Embora o fator eletrônico completo, que inclua o uso de solventes, fosse alto, o fator eletrônico simples, excluindo solventes, foi muito menor, destacando áreas em que o processo poderia ser otimizado para a sustentabilidade. A equipe já está explorando sistemas de solvente mais ecológicos e condições alternativas de reação para reduzir a geração de resíduos.
“Nossa pesquisa representa uma mudança de paradigma na maneira como abordamos o problema dos resíduos de borracha”, disse Sydney Towell, co-autor do estudo e Ph.D. candidato em UNC-Chapel Hill. “Ao aproveitar o poder da aminação e do rearranjo da espinha dorsal, esse método fornece um novo caminho para transformar a borracha pós-consumidor em materiais de alto valor, reduzir a dependência de aterros sanitários e minimizar os danos ambientais”.
