Os plásticos recicláveis ​​que contêm polímeros em forma de anel podem ser a chave para o desenvolvimento de materiais sintéticos sustentáveis. Apesar de alguns avanços promissores, pesquisadores disseram, uma compreensão completa de como processar polímeros de anel em materiais práticos permanece indefinida. Em um novo estudo, os pesquisadores identificaram um mecanismo chamado "threading" que ocorre quando um polímero é esticado - um comportamento não testemunhado antes. Esta nova visão pode levar a novos métodos de processamento para materiais poliméricos sustentáveis.

A maioria dos plásticos de consumo são misturas de polímeros lineares. O conceito de plásticos feitos puramente de polímeros de anel - moléculas que formam um anel fechado - apresenta uma oportunidade atraente para a sustentabilidade, conforme mostrado pelo grupo Autonomous Materials Systems no Beckman Institute for Advanced Science and Technology. Uma vez que uma ligação simples que mantém os polímeros do anel se rompe, a molécula inteira se desfaz, levando à desintegração sob demanda. Contudo, o processamento de tais polímeros em materiais práticos continua sendo um desafio, disseram os pesquisadores.

Um estudo conduzido pela Universidade de Illinois em 2013 mostrou que os polímeros em anel podem ser quebrados com o calor, mas isso tem um preço - os plásticos resultantes provavelmente se tornariam instáveis ​​e começariam a quebrar prematuramente.

No novo estudo, Os pesquisadores da U. of I. Charles Schroeder e Yuecheng (Peter) Zhou examinam a dinâmica do fluxo de anéis baseados em DNA e soluções de polímero linear para descobrir pistas sobre como os polímeros sintéticos interagem durante o processamento. Suas descobertas são publicadas no jornal Nature Communications .

"Não temos um entendimento fundamental de como os polímeros em anel se esticam e se movem no fluxo enquanto navegamos em torno de outras cadeias poliméricas vizinhas. Este trabalho nos permitiu sondar essas questões em nível molecular, "disse Schroeder, professor de engenharia química e biomolecular, Pesquisador do Beckman Institute e co-autor do estudo.

No laboratório de Schroeder, os pesquisadores esticam e comprimem polímeros, fazendo-os fluir e permitindo a observação direta do comportamento de moléculas individuais usando microscopia de fluorescência de molécula única.

"Há uma flutuação na forma dos polímeros em anel e isso depende da concentração de polímeros lineares na solução, "disse Zhou, um estudante de graduação, Pesquisador do Beckman Institute e principal autor do estudo. “Não vemos esse comportamento em soluções puras de polímeros anelares ou lineares, portanto, isso nos diz que algo único está acontecendo em soluções mistas. "

Usando uma combinação de observações diretas de uma única molécula e medições físicas, a equipe concluiu que as mudanças na forma dos polímeros do anel ocorrem porque as moléculas lineares se enroscam nas moléculas do anel quando estressadas, fazendo com que a forma do anel flutue sob o fluxo do fluido.

“Observamos esse comportamento mesmo quando há uma concentração muito baixa de polímeros lineares na mistura, "Disse Zhou." Isso sugere que leva apenas um minuto de contaminação para causar esse fenômeno. "

Este threading de polímeros lineares através de polímeros de anel durante o estresse é algo que foi teorizado antes, usando estudos em grande escala das propriedades físicas, mas agora foi observado em escala molecular, disseram os pesquisadores.

"Os estudos em massa normalmente mascaram a importância do que está acontecendo em menor escala, "Schroeder disse.

Ainda não está claro como essas observações se traduzirão em um maior desenvolvimento de plásticos de consumo sustentáveis, disseram os pesquisadores. Contudo, qualquer compreensão das propriedades moleculares fundamentais das soluções de polímeros mistos é um passo na direção certa.

"Para tornar os plásticos de polímero de anel puro uma realidade, precisamos entender as soluções mistas e puras em um nível fundamental, "Schroeder disse." Assim que descobrirmos como eles funcionam, então podemos prosseguir para sintetizá-los e, finalmente, como usá-los em plásticos de consumo sustentáveis. "