El último desarrollo de un profesor de la Universidad de Akron (UA) en bioplásticos tiene el potencial de lograr avances importantes en la sostenibilidad de los plásticos del futuro.

En el laboratorio del Dr. Shi-Qing Wang en la Escuela de Ciencias de Polímeros e Ingeniería de Polímeros de la UA, el equipo se centra en la investigación que muestra estrategias efectivas para convertir polímeros frágiles en materiales resistentes y flexibles. Por ejemplo, el grupo ha producido recientemente un prototipo de copa de poli (ácido láctico) (PLA) que es transparente, súper resistente y no se encoge cuando se llena con agua hirviendo.

"Los plásticos se han convertido en una parte esencial de nuestra vida diaria, aunque la mayoría no se puede reciclar y, por lo tanto, se acumula en los vertederos, "dice Wang, quien actualmente se desempeña como profesor de ciencia de polímeros de Kumho. "Algunas alternativas biodegradables / compostables prometedoras, como PLA, normalmente no son lo suficientemente fuertes para reemplazar los polímeros tradicionales basados ​​en combustibles fósiles como el poli (tereftalato de etileno) (PET) porque estos materiales sostenibles son frágiles ".

Dr. Ramani Narayan, profesor distinguido en el Departamento de Ingeniería Química y Ciencia de Materiales de la Universidad Estatal de Michigan, y científico de renombre en el espacio de los bioplásticos, dice que la investigación de Wang tiene el potencial de ser un gran avance en el mercado de PLA.

"El PLA es el polímero 100% biobasado y totalmente compostable más importante del mundo, "dice Narayan." Pero tiene baja tenacidad y una baja temperatura de distorsión por calor. Se ablanda y colapsa estructuralmente alrededor de 140 grados Fahrenheit, haciéndolo inutilizable en muchas aplicaciones de envasado de alimentos calientes y envases desechables. La investigación del Dr. Wang podría ser una tecnología disruptiva porque su prototipo de taza de PLA es resistente, transparente, y, sin embargo, rígido para contener agua hirviendo ".

Wang, que ha enseñado en la UA durante 20 años, ha estado tratando de establecer una base de conocimientos para comprender la relación procesamiento-estructura-propiedad de varios plásticos y aplicar los conocimientos más recientes para hacer frente a la notoria fragilidad del PLA.

Para explicar la ciencia detrás de cómo su prototipo de copa de PLA puede ganar ductilidad y lograr resistencia al calor, Wang usa la analogía de los espaguetis cocidos. Si el PLA fundido se magnifica un millón de veces, cada molécula en forma de cadena se vería como una hebra de espagueti, muchos metros de largo. Para que los termoplásticos (incluido el PLA) sean resistentes, es importante que la cristalización no elimine ni interrumpa el entrelazamiento de las "hebras de espagueti".

Wang llama a esta estructura entretejida la "red en cadena". Es a través de esta estructura que cualquiera puede recoger casi todas las hebras de espagueti de un tazón con un par de palillos. Esta red en cadena, cuando se manipula correctamente, asegura que la taza de bebida de PLA sea mecánicamente fuerte sin cristalización. Pero una taza tan comercial se derrumba cuando se vierte agua hirviendo en ella. "Las tazas hechas de PLA normalmente cristalizado pueden contener agua hirviendo, pero son terriblemente quebradizas y opacas, "dijo Wang.

Al investigar el origen de la ductilidad en polímeros semicristalinos, El grupo de investigación de Wang descubrió una forma de limitar los cristales a escalas nanoscópicas en PLA mientras se preserva la red. resultando en el claro, taza resistente y resistente al calor. Una taza transparente de este tipo puede contener té y café calientes y podría reemplazar la mayoría de las tazas de plástico para bebidas en el mercado.

"El impacto de nuestra nueva comprensión podría finalmente estimular el mercado de PLA para crecer exponencialmente, "dice Wang.