Representación simbólica de cómo se puede controlar la dispersión de un plástico mezclando dos catalizadores (tubos de pintura). Crédito:Whitfield R et al, Chem, 2020
Los investigadores de ETH han desarrollado un nuevo método para producir polímeros con diferentes longitudes. Esto allana el camino para que se utilicen nuevas clases de materiales poliméricos en aplicaciones previamente inconcebibles.
Es difícil imaginar la vida cotidiana sin materiales hechos de polímeros sintéticos. Ropa, piezas de automóvil, Computadoras o empaques:todos están hechos de materiales poliméricos. Muchos polímeros están presentes en la naturaleza, también, como el ADN o las proteínas.
Los polímeros se basan en una arquitectura universal:se componen de bloques de construcción básicos llamados monómeros. La síntesis de polímeros implica unir monómeros para formar cadenas largas. Imagínese enhebrar cuentas de vidrio en una cuerda y crear cadenas de diferente longitud (y peso).
Procesos de polimerización con límites
Un proceso industrial importante para la producción de polímeros es la polimerización por radicales libres (FRP). Cada año, la industria química utiliza FRP para producir 200 millones de toneladas de polímeros de varios tipos, como poliacrílico, cloruro de polivinilo (PVC) y poliestireno.
Aunque este método de producción tiene muchas ventajas, también tiene sus limitaciones. FRP produce una mezcla incontrolable de innumerables polímeros de diferentes longitudes; en otras palabras, su dispersión es alta. La dispersión es una medida de cuán uniforme o no uniforme es la longitud de las cadenas de polímero en un material. Las propiedades del material están determinadas en gran medida por esta dispersión.
En el caso de los polímeros cotidianos, Se requieren polímeros con baja y alta dispersión. De hecho, para muchas aplicaciones de alta tecnología, incluidos productos farmacéuticos o impresión 3D, incluso una alta dispersión puede ser una ventaja.
La proporción de mezcla de los dos catalizadores (verde y rojo) determina la dispersión de los polímeros. Crédito:ETH Zurich
Polímeros con nuevas propiedades
Sin embargo, si los químicos quieren producir materiales poliméricos con propiedades muy específicas, ante todo, deben poder ajustar la dispersidad como se desee. Esto les permite producir una amplia gama de materiales poliméricos que contienen especies poliméricas uniformes, es decir, tienen una baja dispersión, o están muy dispersos con un gran número de polímeros de diferentes longitudes. Hasta ahora, esto apenas ha sido posible.
Un grupo de investigadores dirigido por Athina Anastasaki, Profesor de Materiales Poliméricos en el Departamento de Ciencia de Materiales, ahora ha desarrollado un método para controlar la polimerización por radicales, permitiendo así a los investigadores controlar de forma sistemática y completa la dispersión de los materiales poliméricos. Los resultados de su investigación se publicaron recientemente en la revista Chem .
En el pasado, para poder controlar el proceso de polimerización por radicales al menos en cierta medida, los químicos usarían un solo catalizador. Si bien esto asegura que las cadenas de polímero resultantes se vuelvan uniformemente largas, no permite que la dispersión general se controle como se desee.
Dos catalizadores hacen el truco
Ahora, los investigadores de ETH emplean simultáneamente dos catalizadores con diferentes efectos:uno es muy activo, el otro solo ligeramente activo. Esto les permitió ajustar la dispersidad con precisión en función de la proporción en la que mezclaban los dos catalizadores. Si el catalizador más activo fuera más abundante, se produjeron polímeros más uniformes, lo que significaba que el material resultante tenía baja dispersión. Si, sin embargo, el catalizador menos activo fue más abundante, Se formó un gran número de moléculas de polímero diferentes.
Este trabajo significa que Anastasaki y su equipo han creado una base para el desarrollo de nuevos materiales poliméricos. Además, su proceso también es escalable; funciona no solo en el laboratorio, pero también cuando se aplica a grandes cantidades de sustancias. Otra ventaja de este método es que incluso los polímeros con alta dispersión pueden seguir creciendo una vez que se completa el proceso de polimerización, algo que antes se consideraba imposible.
La alta eficiencia y escalabilidad del enfoque ya han atraído el interés de la industria. Los polímeros producidos con el nuevo proceso podrían utilizarse en medicina, vacunas, cosméticos o impresión 3D.
