Estudando a concentração de polímeros em microplásticos misturados usando mapeamento Raman 2D e 3D

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 7771 (2023) Citar este artigo

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A combinação de diferentes polímeros na forma de plásticos misturados tem sido utilizada na indústria de plásticos há muito tempo. No entanto, as análises de microplásticos (MPs) têm sido limitadas principalmente ao estudo de partículas feitas de polímeros de tipo único. Assim, dois membros da família das Poliolefinas (POs), ou seja, o Polipropileno (PP) e o Polietileno de Baixa Densidade (PEBD) são misturados e amplamente estudados neste trabalho devido às suas aplicações na indústria e abundância no meio ambiente. É mostrado que o mapeamento Raman 2-D fornece apenas informações sobre a superfície de MPs mescladas (B-MPs). Embora a análise de volume 3-D complementar seja necessária para entender completamente a presença de vários polímeros em tais amostras complexas. Portanto, o mapeamento 3-D Raman é aplicado para visualizar a morfologia da distribuição de polímeros dentro dos B-MPs juntamente com a estimativa quantitativa de suas concentrações. Um parâmetro definido como erro de estimativa de concentração (CEE) avalia a precisão da análise quantitativa. Além disso, o impacto de quatro comprimentos de onda de excitação 405, 532, 633 e 785 nm é investigado nos resultados obtidos. Finalmente, a aplicação de um perfil de feixe de laser em forma de linha (line-focus) é introduzida para reduzir o tempo de medição de 56 para 2 h.

Sem dúvida, os plásticos estão entre os materiais mais úteis para as indústrias de hoje. No entanto, este material economicamente amigável tornou-se uma ameaça potencial ao nosso meio ambiente nos últimos anos1. Muita atenção tem sido dada à investigação da poluição plástica, revelando dados impressionantes. Foi demonstrado que uma grande ilha de resíduos plásticos com uma área de 1,6 milhão de km2, quase três vezes a área da França, foi formada em águas subtropicais entre a Califórnia e o Havaí nos últimos anos2. Sem dúvida, com a atual tendência de consumo e a falta de métodos adequados para o descarte e reciclagem dos resíduos plásticos, o problema se intensificará ainda mais nos próximos anos. Por exemplo, estima-se que 12.000 milhões de toneladas métricas de resíduos plásticos estarão presentes no meio ambiente até 20503. Além disso, relatórios mostram a presença de partículas de plástico, comumente chamadas de microplásticos (MPs), no ar que respiramos4 , na comida que ingerimos5, na água que bebemos6 e até no nosso corpo7. Na verdade, esses minúsculos MPs (1 µm–5 mm) são principalmente o resultado da fragmentação de partículas plásticas maiores por meio de diferentes fatores, como intemperismo, erosão, fricção e iluminação ultravioleta (UV), para citar alguns, que finalmente encontram seu caminho para nossa vida diária8,9,10.

A maioria dos estudos que tratam da análise de microplásticos no meio ambiente tem se concentrado principalmente na presença de plásticos de tipo único, como Polietileno (PE), Polipropileno (PP), Poliestireno (PS), etc.11,12,13. Visto que a adaptação das características físico-químicas dos polímeros para uma aplicação específica tem sido um campo de pesquisa estabelecido há muito tempo14. Usando esta abordagem, polímeros com as características desejadas foram obtidos sem investir muito esforço na invenção de um polímero totalmente novo, tornando-o, portanto, atraente para fins comerciais com um volume de mercado considerável e taxa de produção15. Por exemplo, a simples mistura fundida de poliolefinas (POs), que constitui uma grande família de polímeros comumente usados, como PP, PE, PE de baixa densidade (LDPE) e PE de alta densidade (HDPE), tem sido uma abordagem prática para melhorar as propriedades mecânicas dos produtos finais sem adição de qualquer compatibilizante15,16. As propriedades mecânicas aprimoradas, no entanto, podem prolongar ainda mais o tempo necessário de decomposição desses resíduos plásticos, que foi relatado em mais de centenas de anos para plásticos de tipo único17. Surpreendentemente, os POs estão entre os tipos de MPs mais frequentemente detectados no ambiente5,12. Dito isso, apenas um grupo investigou recentemente a presença de microplásticos compostos no meio ambiente18. Os autores aplicaram o mapeamento Raman 3-D nos microplásticos compostos compostos por camadas laminadas de polímero e fibra para aumentar a confiabilidade da identificação. No entanto, os polímeros podem ser utilizados na forma de blendas miscíveis e imiscíveis, possuindo composições mais complexas19,20. A identificação confiável dos diferentes tipos de polímeros presentes em amostras tão complexas juntamente com sua análise quantitativa pode ser de grande importância na área, por exemplo, para o desenvolvimento de um protocolo padronizado para análise de microplásticos12,21. Além disso, foi relatado que o estudo de plásticos misturados aumentará a oportunidade de sua reciclagem, pois várias misturas podem se formar durante o processo de reciclagem22.