Los plásticos reciclables que contienen polímeros en forma de anillo pueden ser la clave para desarrollar materiales sintéticos sostenibles. A pesar de algunos avances prometedores, dijeron los investigadores, una comprensión completa de cómo procesar polímeros en anillo en materiales prácticos sigue siendo difícil. En un nuevo estudio, los investigadores identificaronun mecanismo llamado "enhebrado" que tiene lugar cuando se estira un polímero, un comportamiento que no se había visto antes. Esta nueva información puede conducir a nuevos métodos de procesamiento para materiales polímeros sostenibles.
La mayoría de los plásticos de consumo son mezclas de polímeros lineales. El concepto de plásticos hechos exclusivamente de polímeros en anillo, moléculas que forman un anillo cerrado, presenta una oportunidad atractiva para la sostenibilidad, como lo demuestra el grupo de Sistemas de Materiales Autónomos del Instituto Beckman paraCiencia y tecnología avanzadas. Una vez que se rompe un solo enlace que mantiene los polímeros del anillo juntos, la molécula entera se desmorona, lo que lleva a la desintegración bajo demanda. Sin embargo, el procesamiento de tales polímeros en materiales prácticos sigue siendo un desafío, dijeron los investigadores
Un estudio realizado en 2013 por la Universidad de Illinois mostró que los polímeros de anillo podrían romperse con el calor, pero esto tiene un precio: los plásticos resultantes probablemente se volverán inestables y comenzarán a descomponerse prematuramente.
En el nuevo estudio, la U. de I. los investigadores Charles Schroeder y Yuecheng Peter Zhou examinan la dinámica de flujo de las soluciones de anillos y polímeros lineales basados en el ADN para descubrir pistas sobre cómo interactúan los polímeros sintéticos durante el procesamiento. Sus hallazgos se publicanen el diario Comunicaciones de la naturaleza .
"Carecemos de una comprensión fundamental de cómo los polímeros de anillo se estiran y se mueven en el flujo mientras navegan alrededor de otras cadenas de polímeros vecinos. Este trabajo nos permitió investigar estas preguntas a nivel molecular", dijo Schroeder, profesor de ingeniería química y biomolecular, BeckmanInvestigador del instituto y coautor del estudio.
En el laboratorio de Schroeder, los investigadores estiran y exprimen los polímeros, haciéndolos fluir y permitiendo la observación directa del comportamiento de moléculas individuales usando microscopía de fluorescencia de molécula única.
"Hay una fluctuación en la forma de los polímeros de anillo y esto depende de la concentración de polímeros lineales en la solución", dijo Zhou, un estudiante graduado, investigador del Instituto Beckman y autor principal del estudio. "No vemosEste comportamiento en soluciones puras de anillo o polímeros lineales, por lo que esto nos dice que algo único está sucediendo en soluciones mixtas ".
Utilizando una combinación de observaciones directas de una sola molécula y mediciones físicas, el equipo concluyó que los cambios en la forma de los polímeros del anillo ocurren porque las moléculas lineales se enroscan a través de las moléculas del anillo cuando están estresadas, haciendo que la forma del anillo fluctúe bajo el flujo de fluido.
"Observamos este comportamiento incluso cuando hay una concentración muy baja de polímeros lineales en la mezcla", dijo Zhou. "Esto sugiere que solo se necesita un nivel muy pequeño de contaminación para causar este fenómeno".
Este enhebrado de polímeros lineales a través de polímeros de anillo durante el estrés es algo que se había teorizado antes, utilizando estudios a gran escala de las propiedades físicas, pero ahora se ha observado a escala molecular, dijeron los investigadores.
"Los estudios a granel suelen enmascarar la importancia de lo que está sucediendo a menor escala", dijo Schroeder.
Los investigadores dijeron que la forma en que estas observaciones se traducirán en un mayor desarrollo de plásticos de consumo sostenible no está clara. Sin embargo, cualquier idea sobre las propiedades moleculares fundamentales de las soluciones de polímeros mixtos es un paso en la dirección correcta.
"Para hacer realidad los plásticos poliméricos de anillo puro, necesitamos comprender las soluciones tanto mixtas como puras en un nivel fundamental", dijo Schroeder. "Una vez que podamos descubrir cómo funcionan, podemos pasar a sintetizarlos y finalmentecómo usarlos en plásticos de consumo sostenible "
Kai-Wen Hsiao, ex estudiante de posgrado de I. de I., Kathryn E. Regan y Rae M. Robertson-Anderson, de la Universidad de San Diego, y Dejie Kong y Gregory B. McKenna, de la Universidad Tecnológica de Texas, contribuyeron aeste estudio.
La National Science Foundation apoyó esta investigación.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Illinois . Original escrito por Lois Yoksoulian. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :