Los polímeros crecientes con diferentes longitudes
Cómo se puede controlar completamente la dispersión de un plástico mezclando dos catalizadores
Los investigadores de la ETH han desarrollado un nuevo método para producir polímeros con diferentes longitudes. Esto allana el camino para que nuevas clases de materiales poliméricos se utilicen en aplicaciones previamente inconcebibles.
Representación simbólica de cómo la dispersión de un plástico puede ser controlada mezclando dos catalizadores (tubos de pintura).
Illustration: from Whitfield R et al, Chem, 2020
Es difícil imaginar la vida cotidiana sin materiales hechos de polímeros sintéticos. Ropa, piezas de coches, ordenadores o embalajes, todos ellos consisten en materiales poliméricos. Muchos polímeros también están presentes en la naturaleza, como el ADN o las proteínas.
Los polímeros están construidos en una arquitectura universal: están compuestos de bloques de construcción básicos llamados monómeros. La síntesis de los polímeros implica unir los monómeros para formar largas cadenas. Imaginemos que enhebramos cuentas de vidrio en una cuerda y creamos cadenas de diferente longitud (y peso).
Procesos de polimerización con límites
Un importante proceso industrial para producir polímeros es la polimerización de radicales libres (FRP). Cada año la industria química utiliza la FRP para producir 200 millones de toneladas de polímeros de varios tipos, como el poliacrílico, el cloruro de polivinilo (PVC) y el poliestireno.
Aunque este método de producción tiene muchas ventajas, también tiene sus limitaciones. El 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 polímeros 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, como las farmacéuticas o la impresión en 3D, la alta dispersión puede ser incluso una ventaja.
Polímeros con nuevas propiedades
Sin embargo, si los químicos quieren producir materiales poliméricos con propiedades muy específicas, deben ante todo ser capaces de ajustar la dispersión como se desea. Esto les permite producir una amplia gama de materiales poliméricos que o bien contienen especies poliméricas uniformes, es decir, tienen una baja dispersión, o bien están muy dispersos con un gran número de polímeros de diferentes longitudes. Hasta ahora, esto ha sido apenas posible.
Un grupo de investigadores dirigidos por Athina Anastasaki, profesora de materiales poliméricos en el Departamento de Ciencia de los Materiales, ha desarrollado ahora un método para controlar la polimerización radical, permitiendo así a los investigadores controlar de forma sistemática y completa la dispersión de los materiales poliméricos.
En el pasado, para poder controlar el proceso de polimerización radical al menos hasta cierto punto, los químicos utilizaban un único catalizador. Aunque esto asegura que las cadenas de polímeros resultantes sean uniformemente largas, no permite controlar la dispersión general como se desea.
Dos catalizadores hacen el truco
Ahora los investigadores de la ETH emplean simultáneamente dos catalizadores con diferentes efectos - uno es altamente activo, el otro sólo ligeramente activo. Esto les permitió ajustar la dispersión con precisión en función de la proporción en la que mezclaron los dos catalizadores. Si el catalizador más activo era más abundante, se producían polímeros más uniformes, lo que significaba que el material resultante tenía una baja dispersión. Sin embargo, si el catalizador menos activo era más abundante, se formaba 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 sólo en el laboratorio, sino también cuando se aplica a cantidades mayores de sustancias. Otra ventaja de este método es que incluso los polímeros con alta dispersión pueden seguir creciendo una vez que el proceso de polimerización en sí se completa, algo que antes se consideraba imposible.
La alta eficiencia y la escalabilidad del enfoque ya han atraído el interés de la industria. Los polímeros producidos con el nuevo proceso podrían ser utilizados en medicina, vacunas, cosméticos o impresión 3D.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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