Representação simbólica de como a dispersão de um plástico pode ser controlada pela mistura de dois catalisadores (tubos de tinta). Crédito:Whitfield R et al, Chem, 2020
Os pesquisadores da ETH desenvolveram um novo método para a produção de polímeros com diferentes comprimentos. Isso abre caminho para novas classes de materiais poliméricos a serem usados em aplicações antes inconcebíveis.
É difícil imaginar a vida cotidiana sem materiais feitos de polímeros sintéticos. Roupas, peças do carro, computadores ou embalagens - todos consistem em materiais poliméricos. Muitos polímeros estão presentes na natureza, também, como DNA ou proteínas.
Os polímeros são construídos em uma arquitetura universal:eles são compostos de blocos de construção básicos chamados monômeros. A síntese de polímeros envolve a ligação de monômeros para formar longas cadeias. Imagine enfiar contas de vidro em um cordão e criar correntes de diferentes comprimentos (e pesos).
Processos de polimerização com limites
Um importante processo industrial para a produção de polímeros é a polimerização de radical livre (FRP). A cada ano, a indústria química usa FRP para produzir 200 milhões de toneladas de polímeros de vários tipos, como poliacrílico, cloreto de polivinila (PVC) e poliestireno.
Embora este método de produção tenha muitas vantagens, também tem suas limitações. O FRP produz uma mistura incontrolável de incontáveis polímeros de diferentes comprimentos; em outras palavras, sua dispersão é alta. Dispersidade é uma medida de quão uniforme ou não uniforme é o comprimento das cadeias de polímero em um material. As propriedades dos materiais são determinadas em grande parte por essa dispersidade.
No caso de polímeros do dia-a-dia, polímeros com baixa e alta dispersão são necessários. Na verdade, para muitas aplicações de alta tecnologia, incluindo produtos farmacêuticos ou impressão 3-D, a alta dispersão pode até ser uma vantagem.
A proporção de mistura dos dois catalisadores (verde e vermelho) determina a dispersão dos polímeros. Crédito:ETH Zurique
Polímeros com novas propriedades
Contudo, se os químicos desejam produzir materiais poliméricos com propriedades muito específicas, eles devem, antes de mais nada, ser capazes de ajustar a dispersidade conforme desejado. Isso permite que eles produzam uma ampla gama de materiais poliméricos que contêm espécies uniformes de polímeros, ou seja, têm uma baixa dispersidade, ou estão altamente dispersos com um grande número de polímeros de diferentes comprimentos. Até agora, isso dificilmente foi possível.
Um grupo de pesquisadores liderado por Athina Anastasaki, Professor de Materiais Poliméricos no Departamento de Ciência dos Materiais, agora desenvolveu um método para controlar a polimerização radical, permitindo assim que os pesquisadores controlem de forma sistemática e completa a dispersão dos materiais poliméricos. Os resultados de sua pesquisa foram publicados recentemente na revista. Chem .
No passado, a fim de ser capaz de controlar o processo de polimerização radicalar, pelo menos até certo ponto, os químicos usariam um único catalisador. Embora isso garanta que as cadeias de polímero resultantes se tornem uniformemente longas, ele não permite que a dispersão geral seja controlada conforme desejado.
Dois catalisadores fazem o truque
Agora, os pesquisadores ETH empregam simultaneamente dois catalisadores com efeitos diferentes - um é altamente ativo, o outro apenas ligeiramente ativo. Isso lhes permitiu ajustar a dispersidade precisamente em função da proporção na qual eles misturaram os dois catalisadores. Se o catalisador mais ativo fosse mais abundante, polímeros mais uniformes foram produzidos, o que significava que o material resultante tinha baixa dispersidade. Se, Contudo, o catalisador menos ativo era mais abundante, um grande número de diferentes moléculas de polímero foi formado.
Este trabalho significa que Anastasaki e sua equipe criaram uma base para o desenvolvimento de novos materiais poliméricos. Além disso, seu processo também é escalonável; funciona não só no laboratório, mas também quando aplicado a grandes quantidades de substâncias. Outra vantagem desse método é que mesmo polímeros com alta dispersão podem continuar crescendo depois que o próprio processo de polimerização for concluído - algo que antes era considerado impossível.
A alta eficiência e escalabilidade da abordagem já atraiu o interesse da indústria. Os polímeros produzidos com o novo processo poderiam ser usados na medicina, vacinas, cosméticos ou impressão 3D.
