p Plástico, borracha, e muitos outros materiais úteis são feitos de polímeros - longas cadeias organizadas em uma rede reticulada. No nível molecular, essas redes de polímero contêm falhas estruturais que as enfraquecem. p Vários anos atrás, Os pesquisadores do MIT foram os primeiros a medir certos tipos desses defeitos, chamado de "loops, "que são causados ​​quando uma cadeia na rede do polímero se liga a si mesma em vez de outra cadeia. Agora, os mesmos pesquisadores descobriram uma maneira simples de reduzir o número de loops em uma rede de polímeros e, assim, fortalecer os materiais feitos de polímeros.

p Para alcançar isto, os pesquisadores simplesmente adicionam um dos componentes da rede de polímero muito lentamente a uma grande quantidade do segundo componente. Usando essa abordagem, eles conseguiram cortar o número de loops pela metade, em uma variedade de diferentes estruturas de rede de polímero. Isso poderia oferecer uma maneira fácil para os fabricantes de materiais industrialmente úteis, como plásticos ou géis, fortalecerem seus materiais.

p "Apenas mudando a rapidez com que você adiciona um componente ao outro, você pode melhorar as propriedades mecânicas, "diz Jeremiah A. Johnson, o Professor Associado de Química do Desenvolvimento de Carreira da Firmenich no MIT e o autor sênior do artigo.

p O estudante de graduação do MIT Yuwei Gu é o primeiro autor do artigo, que aparece no Proceedings of the National Academy of Sciences na semana de 24 de abril.

p Outros autores são o professor associado de engenharia química do MIT, Bradley Olsen; O estudante de graduação do MIT Ken Kawamoto; ex-pós-doutorandos do MIT Mingjiang Zhong e Mao Chen; O professor assistente Michael Hore da Case Western Reserve University; Alex Jordan, estudante de graduação da Case Western Reserve; e o ex-professor visitante do MIT e professor associado da Case Western Reserve, LaShanda Korley.

p Loops de controle

p Em 2012, O grupo de Johnson desenvolveu a primeira maneira de medir o número de loops em uma rede de polímero e validou esses resultados com as previsões teóricas de Olsen. Os pesquisadores descobriram que os loops podem constituir cerca de 9 por cento a quase 100 por cento da rede, dependendo da concentração de cadeias de polímero no material de partida e outros fatores.

p Alguns anos depois, Johnson e Olsen desenvolveram uma maneira de calcular o quanto esses loops enfraquecem um material. Em seu último trabalho, eles se propuseram a reduzir a formação de loop, e conseguir isso sem alterar a composição dos materiais.

p "O objetivo que estabelecemos para nós mesmos era levar o mesmo conjunto de precursores para um material que normalmente usaríamos, e, usando exatamente os mesmos precursores nas mesmas condições e na mesma concentração, faça um material com menos loops, "Diz Johnson.

p Nesse artigo, os pesquisadores primeiro se concentraram em um tipo de estrutura polimérica conhecida como rede polimérica em estrela. Este material tem dois blocos de construção diferentes:uma estrela com quatro braços idênticos, conhecido como "B4, "e uma cadeia conhecida como" A2 ". Cada molécula de A2 se liga ao final de um dos braços B4. No entanto, durante o processo de síntese típico, quando tudo é misturado ao mesmo tempo, algumas das cadeias A2 acabam se ligando a dois dos braços B4, formando um loop.

p Os pesquisadores descobriram que, se adicionassem B4 muito lentamente a uma solução de A2, cada um dos braços B4 reagiria rapidamente com uma única molécula de A2, portanto, havia menos oportunidade para A2 formar loops.

p Depois de algumas horas adicionando lentamente metade da solução B4, eles adicionaram a segunda metade de uma vez, e as subunidades em forma de estrela unidas para formar uma rede reticulada. Este material, os pesquisadores descobriram, tinha cerca de metade dos loops do mesmo material produzido usando o processo de síntese tradicional.

p Dependendo de quantos loops estavam no material original, esta estratégia "lenta e depois rápida" pode melhorar a resistência do material em até 600 por cento, Johnson diz.

p Melhores produtos

p Os pesquisadores também testaram essa técnica com quatro outros tipos de reações de síntese de rede de polímero. Eles não foram capazes de medir o número de loops para todos aqueles tipos de polímeros, mas encontraram melhorias semelhantes na resistência dos materiais.

p Esta abordagem pode ajudar a melhorar a resistência de qualquer material feito de um gel ou outro polímero reticulado, incluindo plásticos, membranas para purificação de água, adesivos feitos de epóxi, ou hidrogéis, como lentes de contato.

p O laboratório de Johnson agora está trabalhando na aplicação dessa estratégia a uma variedade de materiais, incluindo géis usados ​​para cultivar células para engenharia de tecidos.