Un equipo de investigadores ha encontrado una nueva forma de producir un material polimérico llamado PBO, un producto conocido comercialmente como Zylon que se usa en chalecos antibalas y otros tejidos de alto rendimiento. El nuevo enfoque podría ser útil para fabricar productos PBO que resistan la degradación, un problema que ha plagado materiales basados en PBO en el pasado.
"Mostramos que al usar un catalizador de nanopartículas, podemos producir PBO en condiciones más amigables con el medio ambiente y sin usar un químico que se sabe que hace que estos materiales se degraden inesperadamente", dijo Shouheng Sun, profesor de química en la Universidad de Brown y co-autor de un nuevo artículo que describe la investigación: "Creemos que este podría ser un camino hacia la fabricación de materiales PBO más robustos".
La investigación se describe en la revista materia .
La forma tradicional de hacer PBO su nombre completo es polibenzoxazol implica el uso de ácido polifosfórico PPA como catalizador para las reacciones químicas necesarias y como disolvente. El PPA es un ácido fuerte, altamente corrosivo y ha sido identificado comola fuente de degradación de PBO. Las moléculas del ácido se alojan en la cadena del polímero, dejando las fibras susceptibles a la degradación cuando se exponen a la luz y la humedad con el tiempo. Esa degradación ha llevado a la retirada del blindaje corporal basado en PBO en el pasado.
El laboratorio de Sun en Brown ha estado trabajando extensamente con catalizadores compuestos de nanopartículas capaces de realizar las nuevas reacciones requeridas para fabricar PBO, y lo hacen sin usar PPA. La catalización de las reacciones con nanopartículas también requeriría menos energía y puede realizarse usando fórmico renovableácido como fuente de hidrógeno. Todo eso hace que el proceso de producción sea más ecológico.
Hasta ahora, sin embargo, los catalizadores de nanopartículas compuestas se han utilizado en gran medida para producir solo moléculas orgánicas pequeñas. Si un catalizador compuesto, que en este caso está hecho de partículas de aleaciones de oro y paladio, podría usarse para catalizar el crecimiento controlado delas cadenas de polímeros eran previamente desconocidas
"La pregunta clave que estábamos tratando de responder es si podemos controlar las reacciones para obtener un buen control sobre el grado de polimerización", dijo Sun. "Finalmente demostramos que podíamos hacerlo ajustando la composición y el tamañode las nanopartículas de aleación en nuestro catalizador "
Una composición de aleación de cerca del 40 por ciento de oro y 60 por ciento de paladio demostró ser óptima para controlar la velocidad de las reacciones necesarias para producir PBO. Las partículas de alrededor de 8 nanómetros de tamaño produjeron una velocidad de reacción que maximizó el peso molecular del PBOpolímeros
Para averiguar si el PBO era realmente resistente a la degradación, el equipo trabajó con investigadores de la Escuela de Ingeniería de Brown para realizar pruebas mecánicas. Esas pruebas mostraron que los polímeros de PBO hechos con el catalizador de nanopartículas eran más resistentes a la degradación que el Zylon disponible comercialmente- incluso después de ser hervida en agua y ácido durante días.
Los investigadores dicen que el trabajo futuro se centrará en generar polímeros PBO con pesos moleculares más altos. Los polímeros generados para este estudio fueron significativamente más livianos que los del producto de grado comercial, lo que limita su resistencia mecánica inicial. Aún así, dicen los investigadores,El trabajo es una fuerte prueba de concepto de la idea de que las nanopartículas compuestas pueden producir PBO resistente a la degradación.
Jerome Robinson, profesor asistente de química en Brown y coautor del estudio, señaló que la experiencia diversa del equipo de investigación de Brown fue fundamental para el éxito de este trabajo.
"Fue realmente importante que pudiéramos colaborar con ingenieros y otros investigadores", dijo Robinson. "Poder cruzar la calle hacia la Escuela de Ingeniería y hacer las pruebas mecánicas fue genial, y creo que tenemosel equipo adecuado para llevar adelante esta investigación "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Brown . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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