Um dos plásticos mais difíceis de reciclar do mundo poderia em breve ter uma segunda vida muito mais valiosa. Cientistas da Virginia Tech desenvolveram um método químico que converte cloreto de polivinilo, ou PVC, em polialfaolefina, um material importante usado em lubrificantes de alto desempenho, incluindo óleo de motor. A abordagem aborda um problema de longa data com PVC, que é difícil de reciclar devido ao seu teor de cloro e à variedade de aditivos encontrados em diferentes produtos. Em vez de tentar preservar o plástico original, os pesquisadores quebram suas cadeias de polímeros e transformam as moléculas resultantes em um material lubrificante. O trabalho, publicado na Nature em Agosto 5, poderia oferecer uma nova rota para transformar os resíduos plásticos problemáticos em um produto industrial de maior valor, tornando potencialmente a produção de lubrificantes mais sustentável.Como os cientistas transformam os resíduos de PVC em lubrificantes de motor de alto desempenhoA equipe Virginia Tech, liderada pelo químico e engenheiro químico Guoliang "Greg" Liu, desenvolveu um processo que transforma quimicamente o PVC em polialfaolefina, ou PAO, um classe de material sintético de hidrocarbonetos usado como componente de base em lubrificantes de alto desempenho. O processo começa colocando PVC em um solvente e adicionando tricloruro de alumínio e olefinas alfa. A mistura é então aquecida para cerca de 70 °C, ou 158 °F, por três horas. Após a reação, os pesquisadores extraem um material semelhante ao óleo do solvente. A importância da abordagem reside na sua capacidade de mover o PVC para além da reciclagem convencional.
Em vez de produzir outro produto de PVC, os pesquisadores usam o plástico como matéria-prima química para fabricar um material substancialmente diferente e potencialmente mais valioso. O material lubrificante resultante foi posteriormente avaliado através de colaborações com pesquisadores fora da Virginia Tech.Por que o PVC é notoriamente difícil de reciclar o PVC é amplamente utilizado em produtos que vão desde tubos de encanamento e componentes de janelas até cartões de crédito e brinquedos, mas reciclar ele apresenta desafios especiais. Ao contrário de muitos plásticos comuns, o PVC contém cloro dentro da sua estrutura de polímeros, enquanto os produtos comerciais em PVC também podem conter diferentes combinações de plastificantes, estabilizadores, pigmentos, enchimentos e outros aditivos. Esta variação torna difícil processar o PVC descartado como um fluxo de reciclagem uniforme. Grandes quantidades, portanto, têm opções limitadas de reciclagem e podem acabar sendo descartadas. A equipe do Liu abordou o problema através do upcycling químico, que envolve quebrar moléculas de polímeros e usá- las para criar novos produtos químicos ou materiais, em vez de simplesmente remodelar o plástico original. O objetivo dos pesquisadores foi encontrar um destino produtivo para os resíduos de PVC, enquanto extraíam maior valor de um material que é difícil de reciclar.Um experimento falhado ajudou os pesquisadores a descobrir a rota do lubrificanteO avanço do lubrificante surgiu depois da estratégia inicial da equipe ter produzido resultados decepcionantes. Os pesquisadores primeiro exploraram se os átomos de cloro no PVC poderiam ser substituídos por outros grupos químicos para transformar o polímero em diferentes materiais. Os produtos permaneceram macios e um pouco gooey, no entanto, e não tinham as propriedades que os pesquisadores estavam procurando.
Isso levou Liu a considerar se as cadeias de polímeros devem ser decompostas muito mais. Ao continuar a quebrar as cadeias de PVC em segmentos moleculares menores, a equipe começou a produzir materiais com propriedades que apontavam para um aplicativo diferente. O que inicialmente parecia uma tentativa fracassada de modificar o PVC tornou- se, portanto, a pista que levou os pesquisadores para a produção de lubrificantes. Estudante de doutorado Eric Munyaneza Nuwayo lidera o projeto, com os alunos de pós-graduação Connor S. Thompson e Abby Civiello também contribuem para o trabalho.Os pesquisadores testaram o material e estudaram seu potencial de produçãoA equipe trabalhou com pesquisadores que possuem conhecimento em várias áreas para determinar se o material que produziram poderia funcionar como lubrificante e se o processo poderia eventualmente ser prático em escalas maiores. As amostras foram enviadas para Ali Erdemir na Universidade A& M do Texas para testes, enquanto William Goddard na Caltech contribuiu para estudos computacionais da química. O pesquisador da Virginia Tech Xi Chen realizou análise econômica e de produção para investigar como o processo poderia potencialmente ser expandido além de experimentos laboratoriais. Estas colaborações são importantes porque produzir um material semelhante ao óleo a partir de plástico é apenas o primeiro passo. Um lubrificante comercial útil deve ter características de desempenho apropriadas, enquanto um processo de reciclagem industrial também deve ser capaz de lidar com matéria-prima, entradas químicas, separação, uso de energia e custos de produção.
O trabalho dos pesquisadores, portanto, examina tanto a química como a possibilidade de desenvolver o processo em uma rota de fabricação em maior escala. os resíduos de PVC poderiam se tornar uma matéria-prima para uma produção de lubrificantes mais sustentávelOs pesquisadores dizem que sua abordagem poderia abordar dois problemas ao mesmo tempo, criando um novo uso para PVC difícil de reciclar, fornecendo uma rota alternativa para a produção de lubrificantes. O potencial benefício ambiental vem do tratamento do plástico descartado como fonte de valiosa matéria-prima química em vez de simplesmente eliminar- o. No entanto, o desenvolvimento não deve ser interpretado como o significado de que todos os resíduos de PVC podem ser imediatamente convertidos em óleo de motor comercial. O processo ainda precisa ser avaliado para matérias-primas mais amplas, escalada, viabilidade econômica e sua pegada ambiental global. O destino do cloro e de outros componentes presentes nos resíduos reais de PVC também é uma consideração importante na avaliação da tecnologia. Se esses desafios podem ser abordados, a pesquisa poderá demonstrar como a upcycling química pode transformar um fluxo problemático de resíduos plásticos em um material industrial útil, dando ao PVC uma segunda vida em um lugar inesperado: lubrificação de alto desempenho.