Sustentabilidade

Plástico à base de seiva de pinho pode ser o futuro de materiais sustentáveis

A descoberta da equipe de pesquisa da Florida State University de um novo plástico derivado da seiva de pinheiro tem o potencial para novos materiais sustentáveis.

O professor associado de Química e Bioquímica Justin Kennemur, o principal investigador do estudo que detalha a nova descoberta, disse que este foi um passo significativo na direção certa para novos plásticos e é um portal de descoberta que pode levar a vários novos materiais.

“O que sabemos atualmente é que este plástico vítreo e termicamente estável pode ser derretido e moldado em uma temperatura mais alta e esfriar em um plástico rígido em temperatura ambiente”, disse Kennemur. “Um dos próximos objetivos é aprender algumas das propriedades mecânicas desses polímeros. No entanto, esse material tem muitas características estruturais que espelham os plásticos que usamos todos os dias, portanto, é uma promessa para uma infinidade de aplicações.”

As descobertas da equipe foram publicadas na revista ACS Macro Letters.

“Noventa e nove por cento dos plásticos hoje são produzidos a partir de combustíveis fósseis finitos com demanda crescente e disponibilidade geográfica limitada”, disse ele. “A produção de materiais a partir de recursos renováveis , principalmente seiva de pinheiro, que pode ser colhida sem matar a árvore, é um esforço digno de nota”.

O alfa-pineno, a molécula mais abundante produzida a partir da seiva do pinheiro, é notoriamente difícil de ser transformada em plástico, por isso atualmente tem usos limitados. É encontrado principalmente em produtos de limpeza e solventes à base de terebintina. Mark Yarolimek, um estudante de doutorado da FSU em química de polímeros que liderou o estudo, primeiro modificou sinteticamente o alfa-pineno para fazer o composto conhecido como delta-pineno.

“Eu coloquei o alfa-pineno em uma série de reações químicas, várias purificações e algumas tentativas e erros, que acabaram sendo bem-sucedidas em convertê-lo em delta-pineno”, disse ele. “Assim que obtivemos o delta-pineno líquido purificado, converti-o no plástico resultante, o poli-delta-pineno, por meio de uma reação química final.”

Yarolimek e Heather Bookbinder, que atuou como pesquisador de graduação no projeto antes de se formar como bacharel em fisiologia do exercício em 2020, realizaram uma série de “polimerizações” – reações químicas para transformar pequenas moléculas líquidas em macromoléculas sólidas – para testar a eficácia disso molécula estava se tornando um plástico.

Esses testes incluíram a medição de quanto delta-pineno foi convertido em plástico em uma única reação, quão bem os pesquisadores conseguiram controlar o crescimento da molécula e como a variabilidade das condições afetou os materiais. Eles também caracterizaram as várias propriedades do material plástico, como a temperatura em que o polímero derrete e quanto calor ele pode suportar antes de se decompor, além de explorar a estrutura molecular dos materiais.

Brianna Coia, pesquisadora graduada do Grupo Kennemur, analisou simultaneamente o delta-pineno para saber se ele possuía as propriedades termodinâmicas adequadas para sofrer a polimerização. Com recursos do FSU Research Computing Center, Coia realizou cálculos da teoria funcional da densidade, e seus resultados computacionais foram semelhantes aos achados experimentais de Yarolimek e Bookbinder.

Yarolimek disse que converter essas moléculas de biomassa em novos plásticos de alto desempenho, como este, é essencial para continuar nosso modo de vida. A equipe já trabalhou com o FSU Office of Commercialization para registrar uma patente para o material que descobriu.

“Em vez de regressar ao século 18, quando o petróleo acaba, a mudança para os plásticos de base biológica nos permitirá avançar mais no que vem a seguir”, disse ele.

Fazer novos plásticos de base biológica é apenas metade da conversa – a outra envolve o destino final do plástico, disse Kennemur. Para este material de alto desempenho, ter uma vida útil curta por ser biodegradável seria indesejável, mas ele ainda precisa de uma forma de ser reciclado. Isso pode significar o desenvolvimento de processos de decomposição por meio de um estímulo químico.

“Nossa pesquisa é investida em ambos. Fazemos novos materiais, mas também estamos investigando sua reciclabilidade química”, disse. “Fizemos esse novo plástico, mas é só o começo. Precisamos aprender também a desfazer o plástico e temos planos de começar a investigar isso.”

Kennemur disse que seus alunos pesquisadores merecem em grande parte o crédito pela descoberta, enquanto seu papel foi guiar seus esforços.

“Fazer parte desta equipe de pesquisa foi provavelmente uma das experiências mais educacionais e interessantes que tive durante meu tempo na FSU”, disse Bookbinder. “Na minha opinião, a experiência prática é a maneira mais envolvente de aprender e tem um efeito duradouro. Vou falar sobre a pesquisa e meu papel na experiência pelo resto da minha vida.”


Fonte: Mark R. Yarolimek et al, Ring-Opening Metathesis Polymerization of δ-Pinene: Well-Defined Polyolefins from Pine Sap, ACS Macro Letters (2021). DOI: 10.1021 / acsmacrolett.1c00284

Fornecido pela Florida State University

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