A ciência do polímero tornou possível os pneus de borracha, Teflon e Kevlar, garrafas plásticas de água, jaquetas de náilon entre muitas outras características onipresentes da vida diária. Polímeros elásticos, conhecidos como elastômeros, podem ser esticados e liberados repetidamente e são usados ​​em aplicações como luvas e válvulas cardíacas, onde precisam durar muito tempo sem rasgar. Mas há muito tempo existe um enigma que confunde os cientistas de polímeros:os polímeros elásticos podem ser rígidos, ou podem ser difíceis, mas eles não podem ser os dois.

Este conflito rigidez-tenacidade é um desafio para os cientistas que desenvolvem polímeros que poderiam ser usados ​​em aplicações, incluindo regeneração de tecidos, bioadesivos, bioimpressão, eletrônicos vestíveis, e robôs macios.

Em um artigo publicado hoje em Ciência , pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson resolveram esse conflito de longa data e desenvolveram um elastômero que é rígido e resistente.

"Além de desenvolver polímeros para aplicações emergentes, os cientistas estão enfrentando um desafio urgente:poluição de plástico, "disse Zhigang Suo, o professor de mecânica e materiais Allen E. e Marilyn M. Puckett, o autor sênior do estudo. "O desenvolvimento de polímeros biodegradáveis ​​mais uma vez nos trouxe de volta às questões fundamentais - por que alguns polímeros são resistentes, mas outros frágeis? Como podemos fazer com que os polímeros resistam ao rasgo sob alongamentos repetidos? "

As cadeias de polímero são feitas ligando blocos de construção de monômero. Para fazer um material elástico, as cadeias de polímero são reticuladas por ligações covalentes. Quanto mais crosslinks, quanto mais curtas forem as cadeias de polímero e mais rígido será o material.

"À medida que suas cadeias de polímero se tornam mais curtas, a energia que você pode armazenar no material se torna menor e o material se torna frágil, "disse Junsoo Kim, um estudante de pós-graduação na SEAS e co-autor do artigo. "Se você tiver apenas alguns links cruzados, as correntes são mais longas, e o material é resistente, mas muito mole para ser útil. "

Para desenvolver um polímero que seja rígido e resistente, os pesquisadores olharam para o físico, em vez de ligações químicas para ligar as cadeias de polímero. Esses laços físicos, chamados entrelaçamentos, são conhecidos no campo há quase tanto tempo quanto a ciência do polímero existe, mas foram pensados ​​para impactar apenas a rigidez, não resistência.

Mas a equipe de pesquisa do SEAS descobriu que, com complicações suficientes, um polímero pode se tornar resistente sem comprometer a rigidez. Para criar polímeros altamente emaranhados, os pesquisadores usaram uma solução concentrada de precursor de monômero com 10 vezes menos água do que outras fórmulas de polímero.

"Ao agrupar todos os monômeros nesta solução com menos água e, em seguida, polimerizá-la, nós os forçamos a se enredar, como fios emaranhados de fios, "disse Guogao Zhang, um pós-doutorado na SEAS e co-autor do artigo. "Tal como acontece com os tecidos de malha, os polímeros mantêm sua conexão uns com os outros por estarem fisicamente entrelaçados. "

Com centenas dessas complicações, apenas algumas ligações cruzadas químicas são necessárias para manter o polímero estável.

"Como elastômeros, esses polímeros têm alta tenacidade, força, e resistência à fadiga, "disse Meixuanzi Shi, pesquisador visitante da SEAS e co-autor do artigo. "Quando os polímeros são submersos em água para se tornarem hidrogéis, eles têm baixo atrito, e alta resistência ao desgaste. "

Essa alta resistência à fadiga e alta resistência ao desgaste aumentam a durabilidade e a vida útil dos polímeros.

"Nossa pesquisa mostra que, ao usar enredamentos em vez de ligações cruzadas, poderíamos diminuir o consumo de alguns plásticos aumentando a durabilidade dos materiais, "disse Zhang.

"Esperamos que esta nova compreensão da estrutura do polímero expanda as oportunidades de aplicações e abra o caminho para mais sustentabilidade, materiais de polímero de longa duração com essas propriedades mecânicas excepcionais, "disse Kim.