Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han mejorado la técnica de polimerización frontal, donde una pequeña cantidad de calor desencadena una onda de reacción en movimiento que produce un material polimérico. El nuevo método permite una gama más amplia de materiales con un mejor control sobre sus propiedades térmicas y mecánicas.

El papel, "Síntesis rápida de elastómeros y termoestables con propiedades termomecánicas ajustables, "fue publicado en Cartas macro ACS y seleccionado como elección de los editores de ACS.

"La mayor parte de la investigación anterior se centró en materiales más rígidos. Este documento es la primera vez que se ha utilizado la polimerización frontal para sintetizar un material gomoso, "dijo Nancy Sottos, una Cátedra Maybelle Leland Swanlund y directora del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, quien también lidera el Grupo de Sistemas de Materiales Autónomos en el Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas. "La nueva técnica nos permite tener más control y fabrica materiales que tienen buenas propiedades de ingeniería en términos de resistencia y rigidez".

Los investigadores utilizaron una mezcla de dos monómeros, 1, 5-ciclooctadieno y diciclopentadieno, para crear materiales a medida para una amplia gama de aplicaciones.

"Estos materiales son químicamente similares a los que se utilizan en los neumáticos, "dijo Leon Dean, estudiante de posgrado en el Grupo Sottos, que forma parte de AMS. "Convencionalmente, la síntesis de cauchos requiere un solvente orgánico, varios pasos, y mucha energía, que no es ecológico. Nuestro método de fabricación sin disolventes acelera el proceso y reduce el consumo de energía ".

Usando esta técnica, los investigadores pudieron fabricar materiales que demuestran una mano de polímero con memoria de forma. El efecto de memoria de forma ocurre cuando un polímero pre-deformado se calienta más allá de su temperatura de transición vítrea, que es el punto en el que el polímero cambia de duro, material vidrioso a un blando, material gomoso. El cambio secuencial de forma fue posible gracias a las diferencias en la temperatura de transición vítrea entre cada capa.

"Hicimos un material en capas en forma de mano, donde cada capa tenía diferentes cantidades de los dos monómeros y, por lo tanto, diferentes temperaturas de transición vítrea, "dijo Qiong Wu, becario postdoctoral en el Grupo Moore, que también forma parte de AMS. "Cuando calienta el polímero por encima de la temperatura de transición vítrea más alta y luego lo enfría, forma un puño. A medida que vuelves a subir la temperatura, los dígitos del puño se abren secuencialmente ".

Los investigadores esperan seguir desarrollando esta técnica mejorando su control sobre las propiedades del polímero. "Aunque hemos demostrado la capacidad de sintonización de varias propiedades en una amplia gama, sigue siendo un desafío ajustar cada propiedad individualmente, "Dijo Wu.

"Ampliar la técnica también será un desafío, "Dijo Dean." La mayor parte de nuestro trabajo se ha realizado a escala de laboratorio. Sin embargo, en la fabricación a mayor escala, existe una competencia entre la polimerización a granel y la polimerización frontal ".

"Este estudio demuestra lo mejor del Instituto Beckman, "dijo Jeff Moore, una silla otorgada por Ikenberry, un profesor de química, y el director del Instituto Beckman. "Reunió a dos grupos que tienen diferentes perspectivas sobre un problema, pero compartimos un objetivo común ".

Omar Alshangiti, una licenciatura en el Grupo Moore, También hizo una contribución significativa al estudio al investigar combinaciones de monómeros adecuadas, preparando la mayoría de las muestras y midiendo todos los parámetros del proceso de polimerización frontal.