Los sistemas compuestos por un polímero supramolecular son bien conocidos, pero aún se desconoce mucho para los sistemas que involucran la combinación de múltiples polímeros supramoleculares, como lo que afecta a la longitud de los copolímeros resultantes. Para su Ph.D. investigar, Elisabeth Weyandt examinó cómo cambia la longitud de estos copolímeros. Weyandt defendió su tesis en el departamento de Ingeniería Química y Química el 17 de septiembre.

En polímeros convencionales, como los que se utilizan en los plásticos, los monómeros se unen mediante enlaces covalentes. Sin embargo, en los polímeros supramoleculares las cosas son un poco diferentes ya que los monómeros están conectados por una combinación de más débiles, enlaces no covalentes como enlaces de hidrógeno o apilamiento π-π.

Los sistemas poliméricos supramoleculares de un solo componente se conocen bien, pero pasar de sistemas de un solo componente a sistemas de múltiples componentes para obtener materiales y sistemas supramoleculares funcionales sigue siendo un desafío. Al mezclar varios componentes supramoleculares, la longitud total se ve afectada, lo que a su vez afecta las propiedades del material.

Adición de un segundo polímero supramolecular

Para su Ph.D. investigar, Weyandt exploró por primera vez cómo la adición de un segundo polímero supramolecular afecta la longitud del copolímero resultante. El segundo componente puede tener varios efectos. Primero, podría actuar como un comonómero que aumenta la longitud. Segundo, puede actuar como un intercalador que aprieta entre dos monómeros. Tercera, puede comportarse como un secuestrador que impacta negativamente en monómeros individuales y disminuye el número de monómeros disponibles. Finalmente, puede actuar como un tapón de cadena que bloquea el extremo de la cadena y detiene cualquier aumento en la longitud del polímero.

En su tesis, Weyandt describe las dificultades encontradas al medir la longitud de los polímeros dinámicos, así como analizar el papel que juega el aditivo en el proceso. Un hallazgo clave de la investigación fue que la concentración total de monómero tiene una influencia significativa en cómo el segundo polímero controla la longitud del copolímero. Cuando se opera a altas concentraciones, la eficiencia es mayor que a bajas concentraciones, lo cual es contrario a la intuición dado que la composición de los monómeros es exactamente la misma.

Irradiación de luz

Weyandt estudió varios casos con mezclas supramoleculares. En un caso, ella usa un aditivo de conmutación por fotos, que es un aditivo que puede cambiar de un intercalador a un taponador de cadena al irradiarlo con luz. A continuación, el aditivo se volvió a convertir en un intercalador mediante relajación térmica.

Los enlaces no covalentes formados entre los monómeros supramoleculares dan lugar a su singularidad, propiedades dinámicas; pero también traen muchos desafíos para resolver el mecanismo detrás de estos cambios. Con el trabajo en su tesis, Weyandt ha ampliado la comprensión fundamental de los copolímeros supramoleculares y el sutil equilibrio de interacciones que impulsan la formación de estructuras en complejos, sistemas supramoleculares multicomponente.