(Proc. CNPq 446323/2024-1)
Atualmente, polímeros são industrialmente produzidos por clássicas rotas de polimerização, desenvolvidas ao longo do século XX. Apesar de serem efetivas em produzir plásticos utilizando monômeros baseados em petróleo de forma rápida e barata, falham em conceber materiais que possam ser efetivamente reciclados.
Os principais motivos que impossibilitam a reinserção destes materiais nas cadeias de produção e consumo são:
- o descontrole sobre a arquitetura macromolecular e a massa molar, o qual pode facilitar sua degradação e perda de propriedades mediante reciclagem termo-mecânica
- estrutura quimicamente reticulada de diversos polímeros, a qual inviabiliza tal tipo de reciclagem.
Ao mesmo tempo, tais características dificultam a reciclagem química via despolimerização, que visa a recuperar os monômeros utilizados para a produção de novos ou dos mesmos polímeros (com propriedades idênticas àquelas encontradas previamente). Isso ocorre devido à presença de grupos funcionais diversos, ramificação e/ou reticulação química de tais polímeros (originados pelos processos de polimerização descontrolados atualmente utilizados), bem como ao difícil rompimento de ligações covalentes C-C, que constituem a espinha dorsal da maioria dos polímeros comerciais, especialmente as poliolefinas.
Sendo assim, a maioria dos materiais poliméricos hoje produzidos é de uso único, sendo descartada ou incinerada após o uso, devido à impossibilidade de serem reciclados, causando impacto negativo severo ao meio ambiente.
O projeto CIRCLE propõe uma estratégia única, até então nunca explorada, visando a:
- possibilitar a produção de materiais poliméricos que possam ser efetivamente reciclados por via química (despolimerização);
- facilitar a combinação de polímeros com cargas de origem renovável, como fibras de celulose; e
- aprimorar as propriedades dos materiais poliméricos para que sejam mais duráveis de forma a minimizar seu descarte.
O desenvolvimento de rotas de polimerização controladas para polímeros de polimerização em etapas (PPE), os quais contém ligações do tipo C-X, sendo X um heteroátomo diferente de hidrogênio e carbono, na cadeia principal. Esta característica associada à inserção estratégica de ligações covalentes dinâmicas na estrutura química de tais polímeros controlados (PPE-din), promete revolucionar as áreas de síntese e reciclagem química de polímeros.
Os polímeros PPE são notoriamente conhecidos pelo seu maior potencial de reciclabilidade, devido à maior labilidade de ligações do tipo C-X quando comparadas às ligações C-C, e versatilidade em termos de estrutura química e, portanto, em termos de propriedades e aplicações. Além disso, rotas de polimerização controladas viabilizarão a inserção de ligações covalentes dinâmicas em posições estratégicas da cadeia polimérica. Dessa forma, graças à maior labilidade destas ligações e à sua reversibilidade, tornarão a eficiência energética da reciclagem química dos PPE-din incomparável, de forma a obter precursores que possam ser re-utilizados para produzir os mesmos polímeros.
As ligações dinâmicas serão inseridas em posições que levem à supressão da quebra de ligações químicas C-C ou de outros grupos funcionais importantes do polímero mediante moagem do material, processo essencial para reciclagem. Isso facilitará a obtenção de oligômeros de funcionalidade terminal conhecida, e que possam ser facilmente separados de outros sub-produtos do processo de despolimerização, além de reutilizados para produção dos mesmos materiais, com desempenho idêntico ao inicial.
Tendo em vista estes objetivos, o projeto CIRCLE também contará com o estudo da combinação de tais polímeros PPE controlados e PPE-din com fibras celulósicas de origem vegetal, visando à produção de compósitos biobaseados (PPE-din-Cbio). O objetivo é substituir polímeros diversos e seus compósitos de fibra de vidro e fibra de carbono por fibras que efetivam a captura e fixação de carbono em sua produção e uso, ao contrário das atuais fibras sintéticas que possuem elevada pegada de carbono.
Por fim, a reciclagem química e o ciclo de vida destes (co)polímeros e compósitos serão investigados de forma a comprovar sua sustentabilidade e pegada ambiental reduzida. Os dados oriundos da análise de ciclo de vida serão utilizados para alimentar e efetivar uma tecnologia de inteligência artificial, a qual auxilie na predição do impacto ambiental de novos processos de síntese e reciclagem química de polímeros. Ao final, os materiais que combinem melhores desempenho mecânico, reciclabilidade e sustentabilidade terão suas produções escalonadas, visando à comercialização.
O desenvolvimento do projeto CIRCLE tem grande potencial de originar materiais superiores em desempenho mecânico quando comparados aos atualmente utilizados, para diversas aplicações, e que possam ser facilmente recicláveis, com mínimo incremento de custo e complexidade no processo de fabricação dos mesmos, solucionando, assim, um dos maiores problemas da sociedade atualmente.
Controle, Interface, Reciclagem, Catálise, Life‑cycle e Escalonamento
Ideia central: desenvolver polímeros de polimerização em etapas controladas (PPE) e PPE com ligações covalentes dinâmicas (PPE‑din) para unir alto desempenho, reciclabilidade e circularidade.
- Eixos: (i) estreitamento da distribuição de massas molares (Đ < 1.5) e controle arquitetural (blocos/topologias); (ii) integração de ligações dinâmicas para reprocesso e despolimerização seletiva; (iii) compósitos bio‑baseados com fibras celulósicas; (iv) LCA + dados para priorizar rotas com melhor impacto; (v) provas de escala.
- Impacto: substituir compósitos e polímeros convencionais em aplicações avançadas, e habilitar reciclagem química eficiente e sustentável dos mesmos.
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