Os plásticos usados no isolamento de cabos de alta tensão ou em compósitos resistentes são concebidos para nunca mais derreterem depois de curados. No uso diário é uma vantagem; na hora de reciclar, uma verdadeira dor de cabeça. A equipa do projeto europeu VIT testou se as duas coisas se podem conciliar e desenvolveu materiais que sinalizam o dano mudando de cor e que podem ser reprocessados depois de aquecidos. E no final podes verificar quanto de engenheiro de materiais há em ti.
Os plásticos termoendurecíveis acabam onde a resistência importa: em compósitos, revestimentos e isoladores elétricos que trabalham sob alta tensão. A sua maior vantagem é também o seu maior inconveniente. São concebidos para que, depois de curados, não derretam nem escoem. Em serviço são, por isso, estáveis, mas quando chegam ao fim da vida é muito difícil voltar a aproveitá-los.
Foi este problema que a equipa do projeto VIT, financiado pela União Europeia ao abrigo das Ações Marie Skłodowska-Curie e coordenado pela Universidade de Parma, em Itália, decidiu enfrentar.
Os investigadores apostaram nos vitrímeros. São polímeros que se comportam como os termoendurecíveis clássicos durante a utilização, mas que, quando aquecidos, podem mudar de forma e ser reparados ou reprocessados. O objetivo era claro: desenvolver materiais que combinem funcionalidade com a possibilidade de reciclagem.
O trabalho decorreu em várias frentes ao mesmo tempo. Os investigadores ocuparam-se de:
Um dos resultados principais é um conjunto de materiais que mostram tensão, riscos, humidade ou entrada de oxigénio através de uma mudança visível de cor ou de fluorescência. Isto deve-se a moléculas especiais chamadas mecanóforos.
«Graças aos nossos mecanóforos, ou moléculas óticas, é possível detetar o dano, ou a passagem de humidade ou de oxigénio, a olho nu, porque as fissuras, o oxigénio ou a humidade provocam uma mudança clara de cor», explica a coordenadora do projeto, Roberta Pinalli.
Na prática, isto significa a possibilidade de apanhar pequenos riscos e microfissuras antes de se transformarem em danos mais graves. É importante notar que, em sistemas selecionados, a resposta ótica pôde ser mantida ou restabelecida mesmo depois de o material ser reprocessado. A sinalização não desaparece com o primeiro ciclo de vida do plástico.
Os parceiros do projeto examinaram como se comportariam os novos materiais no isolamento de cabos de alta tensão, em compósitos e em peças termoendurecíveis. Os cabos são um bom campo de ensaio, porque o polietileno reticulado, muito usado para os isolar, é difícil de reciclar.
A equipa testou, por isso, ionómeros à base de polietileno e formulações de vitrímeros como possíveis substitutos. O resultado é promissor: as suas propriedades elétricas revelaram-se comparáveis às dos materiais convencionais.
O mais difícil foi preservar a resistência mecânica. Foi a propriedade mais sensível ao reprocessamento. Como refere Pinalli, no caso dos materiais à base de polietileno «após a reciclagem observámos um comportamento mais rígido».
Esta observação confirma que o material pode ser reprocessado, mas que o seu comportamento mecânico depende muito do historial de processamento e das condições de reciclagem. No isolamento de cabos ou nos compósitos, onde os parâmetros têm de se manter previsíveis durante muito tempo, esta é uma questão fundamental.
Os investigadores mostraram ainda que determinados sistemas de vitrímeros que se autossinalizam podem ser reprocessados pelo menos quatro vezes, mantendo a sua resposta funcional. Até agora, não foram testados mais ciclos. Após novo processamento, os materiais tornaram-se menos elásticos e, em alguns aspetos, mecanicamente mais fracos, embora a sua rigidez tenha permanecido praticamente inalterada.
A equipa demonstrou também métodos de processamento relevantes para a indústria: extrusão reativa, moldagem por compressão e moldagem por injeção, experimentados em sistemas selecionados à base de polietileno. Ainda assim, o principal obstáculo continua a ser traduzir a química de laboratório em fabrico fiável.
«O equipamento de processamento é a maior barreira, porque processar um vitrímero é, em termos reológicos, bastante diferente de processar um termoplástico: as viscosidades são significativamente diferentes, e a viscosidade do vitrímero é superior à do termoplástico», sublinha a coordenadora.
Para as empresas, isto significaria adaptar os intervalos de temperatura do processo, os protocolos de secagem, os tempos de processamento e as condições de mistura. A nova química por si só não basta; são também necessárias mudanças na linha de produção.
A história do VIT mostra bem quantas especialidades se encontram quando se trabalha num único plástico. Há conceção molecular e química dos polímeros, engenharia eletrotécnica ligada ao isolamento de cabos, e ainda engenharia de processos e transformação de plásticos. Cada uma destas áreas dá o seu contributo: umas fazem com que o material mude de cor quando racha, outras verificam se continua a isolar bem, e outras ainda procuram uma forma de o extrudir e moldar à escala industrial.
O projeto VIT mostrou que os vitrímeros inteligentes podem diagnosticar danos, apoiar a sua reparação e permitir o reprocessamento. Substituir os termoendurecíveis de difícil reciclagem usados hoje exigirá, porém, validação a longo prazo, métodos de ensaio normalizados e processos que a indústria consiga implementar de forma fiável. O caminho de um plástico que muda de cor quando racha até um cabo na rede elétrica é, portanto, ainda longo, mas os primeiros passos foram dados.
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