Investigadores de la Facultad de Ingeniería FAMU-FSU han hecho nuevos descubrimientos sobre los efectos de la temperatura en polímeros sostenibles. Sus hallazgos pueden ayudar a la industria a producir plásticos que sean mejores para el medio ambiente.

"Plásticos derivados del petróleo, un recurso no renovable, permanecen demasiado tiempo en nuestra tierra y agua cuando se desechan, "dijo Rufina Alamo, profesor del Departamento de Ingeniería Química y Biomédica. "Estamos investigando cómo se calientan y enfrían los polímeros sostenibles para poder producir más plásticos 'respetuosos con el medio ambiente'".

Alamo y el ex candidato a doctorado Xiaoshi Zhang, ahora un investigador postdoctoral en Penn State, publicó recientemente el trabajo en una serie de artículos que se centran en la cristalización de polímeros "verdes". El último documento aparece como artículo de portada en Macromoléculas , una revista líder en ciencia de polímeros.

"Existe una motivación mundial para transformar la forma en que se fabrica el mayor volumen de plásticos, ", Dijo Alamo." Los químicos y físicos de polímeros están trabajando duro para producir materiales sustitutos para acabar con los residuos plásticos problemáticos ".

Determinar la temperatura correcta para el procesamiento es clave para producir mejores materiales que ayudarán a los científicos a reemplazar polímeros económicos hechos de petróleo con polímeros económicamente viables. polímeros sostenibles.

"La forma en que se funde y enfría el polímero para obtener la forma deseada es importante, ", Dijo Alamo." Estamos tratando de comprender las complejidades de la cristalización para comprender mejor el proceso de transformación ".

El equipo está estudiando un tipo de polímero llamado "poliacetales de espacio largo, "que se utilizan en plásticos. Sintetizados en un laboratorio de la Universidad de Konstanz en Alemania, Los poliacetales de larga distancia que utilizó el equipo de Alamo provienen de biomasa sostenible. Contienen un esqueleto de polietileno enlazado con grupos acetales a distancias iguales precisas. La estructura combina la tenacidad del polietileno con la degradabilidad hidrolítica del grupo acetal. Este tipo de polímero es fuerte pero se rompe más fácilmente con agua que los polímeros tradicionales.

"Lo que descubrimos es que estos tipos de polímeros se cristalizan de una manera inusual cuando se enfrían después de fundirse, "Dijo Alamo.

Durante el proceso de enfriamiento, moléculas que parecen hebras rizadas de espaguetis de plásticos derretidos se desenredan para formar cristales y son responsables de la dureza del material final. El grupo de Alamo demostró que la cristalización del polímero está controlada por eventos moleculares que tienen lugar en el frente de crecimiento del cristal.

Los investigadores encontraron que cuando se enfría rápidamente, estos poliacetales se vuelven duros y cristalinos, y las moléculas se autoensamblan en un tipo de cristal denominado "Forma I". Cuando se enfría lentamente, el material también es muy cristalino, pero los cristales formados son bastante diferentes y se denominan "Forma II". Cuando se enfría a temperaturas intermedias, el material no se solidifica en absoluto. Este fenómeno nunca se ha observado en ningún otro polímero cristalino, según los investigadores.

"Para que se formen cristales, primero hay que superar una barrera de energía, "Alamo dijo." A bajas temperaturas, los cristales se forman fácilmente. A altas temperaturas, los cristales son más estables, y a temperaturas intermedias, los cristales compiten para formarse, y el material no se puede solidificar ".

"Este es un descubrimiento significativo porque es una clave importante para comprender cómo los plásticos que usamos se vuelven sólidos, ", dijo." Queremos proporcionar a la industria los mejores procesos de transformación posibles. Queremos plásticos sostenibles que no se deformen o tengan dificultades para solidificarse ".

La investigación puede proporcionar nuevas formas de fabricar plásticos que serán más económicos de producir y sostenibles.