Os materiais poliméricos sintéticos, como plásticos e borrachas, tornaram-se onipresentes em nossas vidas diárias. É, portanto, essencial garantir que sejam seguros, duráveis ​​e sustentáveis. Isto é especialmente verdadeiro para filmes de látex sintético, que são amplamente utilizados em embalagens, biomedicina e eletrônica.



Mas o que são exatamente os filmes de látex sintético? Simplificando, eles são um tipo de filme à base de nanopartículas produzido pela secagem de uma mistura de nanopartículas poliméricas e água. À medida que o solvente evapora, as nanopartículas tornam-se mais compactadas até que finalmente as interações entre as cadeias poliméricas nos limites das nanopartículas criam um filme coerente.

Infelizmente, os filmes de látex produzidos desta forma são fracos. Na maioria dos casos, solventes orgânicos e cargas devem ser adicionados à mistura inicial para melhorar as propriedades mecânicas do produto final. Estes aditivos não são apenas caros, mas também prejudiciais ao meio ambiente.

Felizmente, uma equipe de pesquisadores do Japão, liderada pelo professor associado Daisuke Suzuki da Universidade Shinshu, desenvolveu recentemente uma maneira inovadora de produzir filmes de látex elásticos à base de nanopartículas, resistentes e resistentes a rachaduras, sem usar tais aditivos. Seu trabalho, publicado na revista Langmuir , incluiu contribuições de Yuma Sasaki da Universidade de Shinshu e do professor Toshikazu Takata da Universidade de Hiroshima.

A chave para sua abordagem foi uma nova estrutura molecular conhecida como rotaxano, que compreende dois componentes principais – uma molécula semelhante a um anel e uma molécula linear de “eixo”. A molécula em forma de anel é enfiada através da molécula do eixo, que depois fica presa mecanicamente devido ao formato das terminações do eixo.

Os pesquisadores aproveitaram esse mecanismo de interligação no rotaxano, fazendo com que a molécula em forma de anel se ligasse quimicamente a uma cadeia polimérica e a molécula do eixo a outra cadeia. Em seguida, eles prepararam misturas de água e nanopartículas poliméricas por meio de ultrassonicação padrão e posterior polimerização que, por sua vez, foram utilizadas para produzir filmes de látex. Os experimentos de estiramento realizados nesses filmes revelaram que a estratégia baseada em rotaxano resultou em algumas propriedades notáveis.

"Em contraste com os polímeros elásticos convencionais à base de nanopartículas, os filmes de látex compostos de nanopartículas reticuladas com rotaxano exibiram um comportamento incomum de propagação de fissuras", explica o Dr. "A direção de propagação da trinca mudou de paralela à trinca para perpendicular à trinca, resultando em um aumento na resistência ao rasgo."

A nova abordagem para fazer filmes de látex oferece muitas vantagens em relação aos métodos convencionais. Mais importante ainda, não são necessários aditivos tóxicos para obter uma resistência razoável do filme. Além disso, como é necessária apenas uma pequena quantidade de rotaxano, o peso total dos filmes pode ser mantido baixo, preservando ao mesmo tempo a flexibilidade. Os filmes de látex propostos também são sustentáveis.

"Eles são degradáveis ​​e podem ser facilmente desmontados em nanopartículas individuais simplesmente mergulhando-os em um solvente orgânico ecologicamente correto, como uma solução aquosa de etanol", diz o Dr. Suzuki. "Essas nanopartículas podem então formar um filme novamente após a evaporação da solução. As descobertas desta pesquisa podem, assim, ajudar a criar materiais altamente duráveis ​​e recicláveis."

No geral, a equipe espera que seu trabalho amplie o escopo para o design de novos filmes poliméricos sem aditivos. Esses materiais poderiam, assim, tornar-se biocompatíveis, com aplicações potenciais em biotecnologia e medicina, além de embalagens, revestimentos industriais e adesivos.

Mais informações: Yuma Sasaki et al, Polímeros resistentes à base de nanopartículas com resistência à propagação de rachaduras, Langmuir (2023). DOI:10.1021/acs.langmuir.3c01226
Informações do diário: Langmuir

Fornecido pela Universidade Shinshu