Há uma boa chance de você ter tocado em algo feito de polímero de poliolefina hoje. É frequentemente usado em produtos de polietileno, como sacolas plásticas, ou produtos de polipropileno, como fraldas.

Tão útil quanto as poliolefinas são na sociedade, eles continuam a se multiplicar como lixo no meio ambiente. Cientistas estimam sacolas plásticas, por exemplo, levará séculos para se degradar.

Mas agora, pesquisadores da Virginia Tech sintetizaram uma alternativa biodegradável às poliolefinas usando um novo catalisador e o polímero de poliéster, e essa descoberta pode ter um impacto profundo nos esforços de sustentabilidade.

Rong Tong, professor assistente do Departamento de Engenharia Química e membro do corpo docente afiliado do Macromolecules Innovation Institute (MII), liderou a equipe de pesquisadores, cujas descobertas foram publicadas recentemente no jornal Nature Communications .

Um dos maiores desafios da química do polímero é controlar a tacticidade ou a estereoquímica do polímero. Ao multiplicar subunidades monoméricas na cadeia macromolecular, é difícil para os cientistas replicar um arranjo consistente de grupos funcionais da cadeia lateral originando-se da cadeia polimérica principal. Esses grupos funcionais de cadeia lateral afetam muito as propriedades físicas e químicas de um polímero, como temperatura de fusão ou temperatura de transição vítrea, e a estereoquímica regular leva a melhores propriedades.

Tong disse que seu grupo agora encontrou uma maneira de criar estereoquímica regular com poliésteres.

"Não há método disponível para fazer este tipo de química, "Tong disse." As pessoas já fizeram trabalhos semelhantes com polilactídeo antes, mas mostramos fundamentalmente que, se controlarmos a estereoquímica, os poliésteres terão propriedades físicas e químicas melhoradas. "

Tong e seu pós-doutorado, Quanyou Feng, combinou um novo catalisador fotoredox Ni / Ir - um processo químico surpreendentemente simples que usa uma lâmpada doméstica para iniciar a reação - com um catalisador Zn estereosseletivo para iniciar a polimerização de abertura do anel do monômero O-carboxianidrido para criar esses poliésteres aprimorados. Os monômeros podem ser convenientemente polimerizados em apenas algumas horas com vestígios de catalisadores. O material resultante tem um alto peso molecular, estabilidade térmica e cristalinidade, e pode degradar em solução básica de água.

"Se você usar um catalisador normal, não tem controle de estereoquímica, mas descobrimos que nosso catalisador pode fazer isso, "Tong disse." Em nosso jornal, demonstramos como projetar esses catalisadores estereosseletivos e como eles ajudam no controle da estereoquímica. "

O-carboxianidridos são feitos de aminoácidos, que são compostos orgânicos naturais, então esses poliésteres se degradariam, ao contrário das atuais poliolefinas não degradáveis. Além disso, O-carboxianidridos podem trazer diferentes grupos funcionais ao poliéster e diversificar a aplicação do polímero. Atualmente, o FDA aprovou apenas alguns poliésteres para aplicação biomédica.

Depois de finalizar a síntese, Tong então trabalhou com Guoliang "Greg" Liu, um professor assistente no Departamento de Química e membro do corpo docente afiliado do MII, para mostrar que os novos polímeros tinham propriedades melhoradas.

"O laboratório do Dr. Tong possui excelentes técnicas de design de catalisador e polimerização, e temos excelentes conjuntos de habilidades de caracterização e processamento, então é natural para nós trabalharmos juntos, "Liu disse." Controlar e provar tacticidade não é um processo trivial. Usando calorimetria de varredura diferencial e ressonância magnética nuclear, fornecemos fortes evidências da estrutura e das propriedades que buscamos. "

O desenvolvimento desses poliésteres em aplicações ainda está no futuro, mas Liu disse que, por enquanto, este é um avanço significativo para a pesquisa de materiais.

"Esta síntese de poliéster que controla a tacticidade pode fornecer uma nova biblioteca de materiais poliméricos que não tínhamos antes, "Liu disse.

Esta peça de química inovadora tem Tong e Liu animado para um futuro em que plásticos degradáveis ​​e verdes possam ser produzidos para substituir os plásticos de petróleo de hoje que persistem em aterros sanitários e oceanos por décadas ou séculos.

Tong mencionou que esta nova tecnologia de síntese de polímero foi demonstrada apenas em escala de laboratório acadêmico. Ainda há muito trabalho a ser feito para caracterizar esses materiais funcionais e aperfeiçoar o processo de aumento de escala da síntese com patente pendente.

"Seria nosso sonho ver esses poliésteres degradáveis ​​se materializarem no mercado, para a indústria de plásticos e aplicação biomédica, "Tong disse.

A equipe de Tong também inclui Yongliang Zhong, um Ph.D. em engenharia química. aluna; Dong Guo, um estudante de química trabalhando no laboratório de Liu; e o colaborador Linghai Xie, professor da Universidade de Correios e Telecomunicações de Nanjing na China, que ajudou nos estudos de computação para elucidar o mecanismo de estereosseletividade do catalisador.