Investigadores desenvolvem materiais poliméricos inteligentes sustentáveis e sem resíduos

Os plásticos, que são materiais poliméricos compostos por longas cadeias de pequenas moléculas chamadas monómeros, são amplamente utilizados na vida quotidiana e na indústria devido à sua leveza, boa resistência e flexibilidade.

No entanto, com cerca de 52 milhões de toneladas de resíduos plásticos gerados anualmente, a poluição por plásticos tornou-se uma grande preocupação ambiental.

Para resolver este problema, os esforços de investigação têm-se centrado no desenvolvimento de materiais poliméricos sustentáveis. Infelizmente, a maioria dos materiais desenvolvidos até à data sofrem de processos de síntese complexos ou de dificuldades em separá-los de outros polímeros durante a eliminação de resíduos.

Para ultrapassar estas limitações, uma equipa de investigação liderada por Tae Ann Kim do Convergence Research Center for Solutions to Electromagnetic Interference in Future-mobility (SEIF) do Korea Institute of Science and Technology (KIST) desenvolveu um novo material polimérico com capacidades de auto-regeneração e elevada capacidade de reciclagem.

A equipa concebeu uma molécula única de estrutura anelar pentagonal que não só pode ser livremente convertida entre monómeros e polímeros, como também facilita reações dinâmicas de troca covalente em resposta ao calor, à luz e a forças mecânicas. Esta molécula permite criar materiais poliméricos com uma vasta gama de propriedades, tão flexíveis como um elástico ou tão rígidos como uma garrafa de vidro.

O polímero recentemente desenvolvido é fácil de gerir, uma vez que apresenta fluorescência nos locais danificados, permitindo a deteção de danos em tempo real, e autorregenera-se quando exposto ao calor e à luz. Após a eliminação, este material pode despolimerizar-se seletivamente nos seus monómeros, mesmo quando misturado com plásticos convencionais.

Os monómeros recuperados podem então ser utilizados para regenerar polímeros que mantêm as suas propriedades originais. Estas caraterísticas apresentam uma solução inovadora para melhorar a sustentabilidade e a reciclabilidade dos materiais poliméricos.

Para além da sua capacidade de reciclagem, este material altera dinamicamente as suas propriedades térmicas, mecânicas e óticas em resposta ao calor, à luz e às forças mecânicas. Quando utilizado como revestimento protetor, demonstra um desempenho excecional, com uma dureza até três vezes superior e um módulo de elasticidade mais de duas vezes superior ao dos revestimentos epoxídicos convencionais.

Além disso, a exposição à luz ultravioleta reforça as interações moleculares, permitindo que o material fixe formas específicas. Esta capacidade de memória de forma abre potenciais aplicações em vestuário inteligente, dispositivos portáteis e robótica avançada.

Com a sua elevada resistência mecânica, resistência aos danos, auto-reparação, deteção de danos e reciclabilidade selectiva, este material polimérico apresenta uma solução promissora para reduzir os custos económicos associados à triagem e ao processamento de resíduos plásticos mistos. Além disso, ao substituir os revestimentos industriais por esta alternativa ecológica, os custos de manutenção do revestimento podem ser significativamente reduzidos, ao mesmo tempo que se atenua a poluição ambiental.

Tae Ann Kim, investigador principal do Grupo de Investigação de Materiais Macios, sublinha: “Esta investigação introduz uma nova abordagem para a conceção de materiais com funcionalidades autónomas, como a deteção de danos e a auto-regeneração, ultrapassando simultaneamente as limitações térmicas e mecânicas dos plásticos recicláveis derivados de monómeros de anel pentagonal”.