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, los investigadores dijeron, una comprensión completa de cómo procesar polímeros anulares en materiales prácticos sigue siendo difícil de alcanzar. En un nuevo estudio, los investigadores identificaron un mecanismo llamado "enhebrado" que tiene lugar cuando se estira un polímero, un comportamiento nunca antes visto. Este nuevo conocimiento puede conducir a nuevos métodos de procesamiento para materiales poliméricos sostenibles.

La mayoría de los plásticos de consumo son mezclas de polímeros lineales. El concepto de plásticos fabricados exclusivamente a partir de polímeros anulares (moléculas que forman un anillo cerrado) presenta una atractiva oportunidad para la sostenibilidad. como lo muestra el grupo Autonomous Materials Systems del Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas. Una vez que se rompe un enlace simple que mantiene unidos los polímeros del anillo, toda la molécula se desmorona, conduciendo a la desintegración bajo demanda. Sin embargo, el procesamiento de dichos polímeros en materiales prácticos sigue siendo un desafío, dijeron los investigadores.

Un estudio dirigido por la Universidad de Illinois en 2013 mostró que los polímeros de anillo se pueden romper con el calor, pero esto tiene un precio:los plásticos resultantes probablemente se volverían inestables y comenzarían a descomponerse prematuramente.

En el nuevo estudio, Los investigadores de la U. de I. Charles Schroeder y Yuecheng (Peter) Zhou examinan la dinámica de flujo de las soluciones de polímero lineal y de anillo basadas en ADN para descubrir pistas sobre cómo los polímeros sintéticos interactúan durante el procesamiento. Sus hallazgos se publican en la revista Comunicaciones de la naturaleza .

"Carecemos de una comprensión fundamental de cómo los polímeros de anillo se estiran y se mueven en el flujo mientras navegamos alrededor de otras cadenas de polímeros vecinas. Este trabajo nos permitió investigar estas preguntas a nivel molecular, "dijo Schroeder, un profesor de ingeniería química y biomolecular, Investigador del Instituto Beckman y coautor del estudio.

En el laboratorio de Schroeder, los investigadores estiran y exprimen polímeros, haciendo que fluyan y permitiendo la observación directa del comportamiento de moléculas individuales utilizando microscopía de fluorescencia de una sola molécula.

"Hay una fluctuación en la forma de los polímeros del 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 vemos este comportamiento en soluciones puras de polímeros lineales o de anillo, así que esto nos dice que algo único está sucediendo en soluciones mixtas ".

Usando 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 se producen porque las moléculas lineales se enroscan a través de las moléculas del anillo cuando están sometidas a estrés. provocando 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 mínimo 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 masivos suelen enmascarar la importancia de lo que está sucediendo a menor escala, ", Dijo Schroeder.

No está claro cómo estas observaciones se traducirán en un mayor desarrollo de plásticos de consumo sostenibles, dijeron los investigadores. Sin embargo, cualquier conocimiento de las propiedades moleculares fundamentales de las soluciones de polímeros mixtos es un paso en la dirección correcta.

"Para hacer realidad los plásticos de polímero de anillo puro, Necesitamos entender tanto las soluciones puras como las mixtas a un nivel fundamental, ", Dijo Schroeder." Una vez que sepamos cómo funcionan, luego podemos pasar a sintetizarlos y, en última instancia, a cómo utilizarlos en plásticos de consumo sostenibles ".