Un equipo de investigadores ha encontrado una nueva forma de producir un material polimérico llamado PBO, un producto conocido comercialmente como Zylon que se utiliza en chalecos antibalas y otras telas de alto rendimiento. El nuevo enfoque podría ser útil para fabricar productos de PBO que resistan la degradación, un problema que ha afectado a los materiales basados ​​en PBO en el pasado.

"Demostramos que utilizando un catalizador de nanopartículas, podemos producir PBO en condiciones más respetuosas con el medio ambiente y sin utilizar un producto químico que se sabe que hace que estos materiales se degraden inesperadamente, "dijo Shouheng Sun, profesor de química en la Universidad de Brown y coautor de un nuevo artículo que describe la investigación. "Creemos que este podría ser un camino hacia la fabricación de materiales de PBO más robustos".

La investigación se describe en la revista Importar .

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. PPA es un fuerte ácido altamente corrosivo y se ha identificado como la 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 a lo largo del tiempo. Esa degradación ha llevado al retiro de las armaduras corporales basadas en PBO en el pasado.

El laboratorio de Sun en Brown ha estado trabajando extensamente con catalizadores de nanopartículas compuestos capaces de realizar las nuevas reacciones necesarias para producir PBO. y lo hacen sin usar PPA. Catalizar las reacciones con nanopartículas también requeriría menos energía y se puede realizar utilizando ácido fórmico renovable como fuente de hidrógeno. Todo eso hace que el proceso de producción sea más ecológico.

Hasta ahora, sin embargo, Los catalizadores compuestos de nanopartículas se han utilizado en gran medida para fabricar solo pequeñas moléculas orgánicas. Ya sea un catalizador compuesto, que en este caso está hecho de partículas de oro y aleaciones de paladio, Se desconocía hasta ahora que podría utilizarse para catalizar el crecimiento controlado de cadenas de polímero.

"La pregunta clave que estábamos tratando de responder es si podemos controlar las reacciones para tener un buen control sobre el grado de polimerización, ", Dijo Sun." Finalmente demostramos que podíamos hacer eso ajustando la composición y el tamaño de las nanopartículas de aleación en nuestro catalizador ".

Se demostró que una composición de aleación de cerca del 40 por ciento de oro y 60 por ciento de paladio es 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 de los polímeros de PBO.

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 fabricados con el catalizador de nanopartículas eran más resistentes a la degradación que el Zylon disponible comercialmente, incluso después de hervirse en agua y ácido durante días.

Los investigadores dicen que el trabajo futuro se centrará en generar polímeros de PBO con pesos moleculares más altos. Los polímeros generados para este estudio fueron significativamente más ligeros que los del producto de calidad comercial, lo que limita su resistencia mecánica inicial. Todavía, los investigadores dicen, 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 diversa experiencia del equipo de investigación de Brown fue fundamental para el éxito de este trabajo.

"Fue muy importante que pudiéramos colaborar con ingenieros y otros investigadores, ", Dijo Robinson." Poder cruzar la calle hasta la Escuela de Ingeniería y hacer las pruebas mecánicas fue genial, y creo que tenemos el equipo adecuado para llevar adelante esta investigación ".