Es muy probable que haya tocado algo hecho con polímero de poliolefina hoy. A menudo se usa en productos de polietileno como bolsas de plástico o productos de polipropileno como pañales.

Tan útiles como las poliolefinas en la sociedad, continúan multiplicándose como basura en el medio ambiente. Los científicos estiman las bolsas de plástico, por ejemplo, Tardará siglos en degradarse.

Pero ahora, Los investigadores de Virginia Tech han sintetizado una alternativa biodegradable a las poliolefinas utilizando un nuevo catalizador y el polímero de poliéster. y este avance podría eventualmente tener un impacto profundo en los esfuerzos de sostenibilidad.

Rong Tong, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Química y miembro de la facultad afiliada del Instituto de Innovación de Macromoléculas (MII), dirigió el equipo de investigadores, cuyos hallazgos fueron publicados recientemente en la revista Comunicaciones de la naturaleza .

Uno de los mayores desafíos en la química de los polímeros es controlar la tacticidad o la estereoquímica del polímero. Al multiplicar subunidades de monómeros en la cadena macromolecular, Es difícil para los científicos replicar una disposición consistente de los grupos funcionales de la cadena lateral que se derivan de la cadena principal del polímero. Estos grupos funcionales de la cadena lateral afectan en gran medida las propiedades físicas y químicas de un polímero, como la temperatura de fusión o la temperatura de transición vítrea, y la estereoquímica regular conduce a mejores propiedades.

Tong dijo que su grupo ahora ha encontrado una manera de crear estereoquímica regular con poliésteres.

"No hay ningún método disponible para hacer este tipo de química, ", Dijo Tong." La gente ha realizado un trabajo similar con la polilactida antes, pero hemos demostrado fundamentalmente que si controlamos la estereoquímica, los poliésteres tendrán propiedades físicas y químicas mejoradas ".

Tong y su posdoctorado, Quanyou Feng, combinó un nuevo catalizador de Ni / Ir fotorredox — un proceso químico sorprendentemente simple que usa una bombilla doméstica para iniciar la reacción — con un catalizador de Zn estereoselectivo para iniciar la polimerización de apertura de anillo del monómero de O-carboxianhídrido para crear estos poliésteres mejorados. Los monómeros se pueden polimerizar convenientemente en unas pocas horas con trazas de catalizadores. El material resultante tiene un alto peso molecular, estabilidad térmica y cristalinidad, y puede degradarse en una solución de agua básica.

"Si utiliza un catalizador normal, no tiene control de estereoquímica, pero descubrimos que nuestro catalizador puede hacer eso, ", Dijo Tong." En nuestro periódico, demostramos cómo diseñar tales catalizadores estereoselectivos y cómo ayudan con el control de la estereoquímica ".

Los O-carboxianhídridos están hechos de aminoácidos, que son compuestos orgánicos naturales, para que estos poliésteres se degraden, a diferencia de las poliolefinas no degradables actuales. Además, Los O-carboxianhídridos pueden traer diferentes grupos funcionales al poliéster y diversificar la aplicación del polímero. En la actualidad, la FDA solo ha aprobado algunos poliésteres para aplicaciones biomédicas.

Después de finalizar la síntesis, Tong luego trabajó con Guoliang "Greg" Liu, un profesor asistente en el Departamento de Química y miembro de la facultad afiliado con MII, para mostrar que los nuevos polímeros tenían propiedades mejoradas.

"El laboratorio del Dr. Tong tiene excelentes técnicas de polimerización y diseño de catalizadores, y tenemos excelentes habilidades de caracterización y procesamiento, por lo que es natural que trabajemos juntos "Dijo Liu." Controlar y probar la táctica no es un proceso trivial. Utilizando calorimetría diferencial de barrido y resonancia magnética nuclear, proporcionamos pruebas sólidas de la estructura y las propiedades que buscamos ".

El desarrollo de estos poliésteres en aplicaciones aún está en el camino, pero Liu dijo que por ahora este es un avance significativo para la investigación de materiales.

"Esta síntesis de poliéster que controla la tacticidad puede proporcionar una nueva biblioteca de materiales poliméricos que no habíamos tenido antes, "Dijo Liu.

Esta pieza de química innovadora tiene a Tong y Liu emocionados por un futuro en el que se pueden producir plásticos verdes y degradables para reemplazar los plásticos de petróleo de hoy que persisten en los vertederos y océanos durante décadas o siglos.

Tong mencionó que esta nueva tecnología de síntesis de polímeros se ha demostrado solo a escala de laboratorio académico. Aún queda mucho trabajo por hacer para caracterizar estos materiales funcionales y perfeccionar el proceso de escalado de síntesis pendiente de patente.

"Nuestro sueño sería ver estos poliésteres degradables materializarse en el mercado, tanto para la industria del plástico como para aplicaciones biomédicas, "Dijo Tong.

El equipo de Tong también incluye a Yongliang Zhong, un doctorado en ingeniería química. estudiante; Dong Guo, un estudiante de química que trabaja en el laboratorio de Liu; y el colaborador Linghai Xie, profesor de la Universidad de Correos y Telecomunicaciones de Nanjing en China, quien ayudó en los estudios de computación para dilucidar el mecanismo de estereoselectividad del catalizador.