Ciencia de los materiales: Cómo los entrelazamientos moleculares determinan la estructura de los polímeros
os nuevos descubrimientos podrían ayudar a mejorar los materiales existentes o a sustituirlos, total o parcialmente, por alternativas más sostenibles
La estructura de los polímeros semicristalinos depende en gran medida del grado de entrelazamiento de sus cadenas moleculares. Así lo demuestra un nuevo estudio de investigadores de la Universidad Martin Luther de Halle-Wittenberg (MLU) publicado en la revista científica "Proceedings of the National Academy of Sciences" (PNAS). Tras numerosos experimentos, los investigadores desarrollaron un nuevo modelo para predecir la estructura microscópica de los materiales, así como sus propiedades. Los polímeros son moléculas de cadena larga. Los polímeros semicristalinos son una mezcla de elementos sólidos y líquidos. Suelen utilizarse en plásticos y materiales de envasado.
Cuando los materiales se enfrían, suelen formar una estructura cristalina a nivel molecular, es decir, todas las partículas están en un patrón estrechamente ordenado. "Un proceso similar ocurre cuando se forman polímeros semicristalinos, salvo que no todas las regiones cristalizan", explica el físico Thomas Thurn-Albrecht, profesor de la MLU. En su lugar, existen las llamadas regiones amorfas, que presentan una estructura desordenada tras el enfriamiento. Aquí se encuentran enredos que se entrelazan entre sí. En los polímeros semicristalinos, las capas ordenadas y desordenadas se alternan una y otra vez a nivel nanométrico. Esta estructura especial también les confiere sus propiedades únicas: son a la vez flexibles y elásticos, además de relativamente robustos. Esto los hace especialmente adecuados como materiales de envasado y estructurales.
Las propiedades de los polímeros semicristalinos dependen en gran medida de dos factores: el grosor de las capas mencionadas y el grado de entrelazamiento de las cadenas en las regiones amorfas. Según Thurn-Albrecht, los factores que influyen en el grosor de los cristales son ya bien conocidos, pero los conocimientos sobre las capas amorfas son aún bastante limitados. Su equipo investigó el proceso de formación de cristales específicamente para estas capas en colaboración con un grupo dirigido por el profesor Kay Saalwächter de la MLU. A partir de sus mediciones en un polímero modelo, los físicos descubrieron que el grosor de las capas amorfas viene determinado en gran medida por sus entrelazamientos. Los investigadores también desarrollaron un modelo sencillo para describir esta relación.
"Suponemos que nuestro modelo puede aplicarse a muchos polímeros diferentes. Eso incluye materiales que, de momento, no se utilizan mucho", afirma Thurn-Albrecht. Los nuevos hallazgos podrían ayudar a mejorar los materiales existentes o a sustituirlos -total o parcialmente- por alternativas más sostenibles.
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