Hao Mei, estudante de pós-graduação da Rice University, segura um prato com um padrão de polímeros de escova de vidro com a grafia "RICE". Os polímeros microscópicos podem dar à indústria um controle requintado sobre as propriedades dos revestimentos de superfície. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
Um polímero microscópico na forma de um utensílio de cozinha comum poderia dar à indústria um controle requintado sobre os revestimentos.
Os copolímeros de maconha têm sido um tópico de estudo para Rafael Verduzco, um engenheiro químico e biomolecular na Brown School of Engineering da Rice University. Agora, ele e seus colaboradores desenvolveram modelos e métodos para refinar revestimentos de superfície para torná-los, por exemplo, mais impermeável ou mais condutivo.
Os pesquisadores descobriram que pincéis para garrafas misturados com polímeros lineares tendem a migrar para a parte superior e inferior de uma película fina à medida que seca. Esses filmes, como revestimentos, são onipresentes em produtos, por exemplo, como camadas impermeáveis para evitar que os metais enferrujem ou os tecidos manchem.
Quando a migração acontecer, os polímeros lineares seguram o centro enquanto as escovas de garrafa são atraídas para o ar acima ou para o substrato abaixo. Esse, Verduzco disse, efetivamente desacopla as propriedades do revestimento a granel de suas superfícies expostas.
Modelos computacionais e experimentos mostraram que variações na própria escova podem ser usadas para controlar as características da superfície.
Polímeros de escova de garrafas continuam sendo um desafio para fazer a granel, Verduzco disse, mas seus usos potenciais são vastos. As aplicações podem incluir a entrega de drogas por meio de escovas de garrafa funcionalizadas que formam micelas, lubrificantes, elastômeros macios, filtros anti-incrustantes e superfícies que se auto-curam, ele disse.
Um revestimento hidrofóbico de polímeros de escova de garrafas criado por engenheiros da Rice University resiste a uma gota de água. Os pincéis microscópicos podem ser configurados para fornecer aos revestimentos propriedades específicas para muitas aplicações. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
Os detalhes aparecem na revista American Chemical Society Macro moléculas .
O laboratório de arroz, com a ajuda de colegas da Universidade do Tennessee, Knoxville; Oak Ridge National Laboratory e University of Houston, caracterizou vários pincéis para garrafas feitos de poliestireno e poli (metacrilato de metila) (também conhecido como PMMA) enquanto estudava o que causa a migração dos polímeros.
Assemelhando-se a seus primos macro da cozinha (assim como certas flores), Os pincéis para garrafas consistem em pequenas cadeias de polímero que se irradiam para fora de uma haste linear de polímero. As escovas para garrafas se auto-montam em uma solução, que podem ser manipulados para ajustar suas propriedades.
Os revestimentos são onipresentes, Disse Verduzco. "Se não tivéssemos os revestimentos certos, nossos materiais se degradariam rapidamente, "ele disse." Eles reagiriam de maneiras que não queremos que eles façam. Portanto, revestir uma superfície é geralmente um processo separado; você faz algo e então tem que encontrar uma maneira de depositar uma camada em cima.
"O que estamos vendo é uma espécie de aditivo universal, uma molécula que você pode misturar com o que quer que esteja fazendo que irá espontaneamente para a superfície ou interface, "ele disse." Foi assim que acabamos usando escovas de garrafa. "
Rafael Verduzco, deixou, um engenheiro químico e biomolecular na Rice University, e o estudante de graduação Hao Mei liderou um estudo que mostra que polímeros microscópicos de escova de garrafas são desenhados na parte superior e inferior de um revestimento aplicado a uma superfície. A descoberta pode levar a uma maneira de personalizar as propriedades dos revestimentos para aplicações específicas. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
Escovas para garrafas podem ser ajustadas variando o número de cadeias laterais, seu comprimento ou o comprimento do polímero de espinha dorsal, Disse Verduzco. As próprias cadeias laterais podem ser de tipo misto, e pequenas moléculas ou proteínas podem ser adicionadas aos seus grupos terminais.
"A química desses materiais é avançada o suficiente para que você possa colocar praticamente qualquer tipo de polímero como uma dessas cerdas na cadeia lateral, "ele disse." Você pode colocá-los em ordem diferente. "
Os pesquisadores descobriram que a termodinâmica entrópica e entálpica afastou os pincéis de garrafa quase completamente do interior dos filmes e em direção às interfaces à medida que secavam. Mesmo quando os polímeros lineares foram projetados para emparelhar com a interface de superfície, os pincéis ainda subiam para a superfície exposta.
Verduzco observou que as descobertas foram possíveis devido ao espectrômetro de massa de íons secundários de vôo adquirido por Rice em 2018 por meio de uma bolsa da National Science Foundation. O espectrômetro permitiu aos pesquisadores caracterizar não apenas a superfície dos revestimentos, bombardeando-os com íons, mas também como os revestimentos mudaram conforme as camadas microscópicas foram removidas de cima para baixo.
