Una coppia di ingegneri dell'Università del Delaware ha sviluppato un processo per formare più facilmente reti di polimeri intrecciati, in modo rapido e sostenibile rispetto a quanto consentito dai metodi tradizionali. Il loro ingrediente segreto? Luce blu.

Abhishek Shete, assistente di ricerca laureato in scienze e ingegneria dei materiali, e Christopher Kloxin, professore assistente in scienza e ingegneria dei materiali e ingegneria chimica e biomolecolare, descrivere il loro metodo in un articolo apparso sulla copertina del 24° numero di Chimica dei polimeri . Il documento è intitolato "Rete polimerica interpenetrante (IPN) innescata da luce blu one-pot utilizzando CuAAC e reazioni di metacrilato".

polimeri, che sono materiali costituiti da catene di molecole, si trovano in tutto, dal cibo all'abbigliamento alle automobili. Due o più tipi di catene polimeriche con diverse proprietà individuali possono anche essere collegate tra loro per formare reti polimeriche compenetranti, materiali che spesso combinano proprietà meccaniche favorevoli di ciascun polimero come elevata resistenza e tenacità.

"Queste sostanze chimiche vengono utilizzate indipendentemente in un'ampia gamma di applicazioni, " da compositi dentali, paraurti di automobili ai materiali per la somministrazione di farmaci, disse Shete.

Però, il processo di collegamento dei polimeri non è semplice. Richiede due reazioni chimiche, che vengono in genere avviati attraverso un lungo processo in due fasi o un processo in una fase indotto a temperature elevate e periodi di tempo più lunghi.

Il metodo sviluppato da Kloxin e Shete è un passaggio e funziona rapidamente a temperatura ambiente e condizioni ambientali.

Usano luce blu a 470 nanometri, che è simile alla luce LED blu utilizzata per rilevare determinati fluidi corporei nelle indagini sulla scena del crimine. Questa luce innesca reazioni con un fotosensibilizzante chiamato canforochinone e un attivatore chiamato ammina. Questi materiali sono comunemente utilizzati nei compositi dentali polimerici per il riempimento di cavità.

La luce irradia i materiali per fotostimolare le due reazioni chimiche, ma non contemporaneamente. Il primo è una reazione chiamata polimerizzazione a clic di azide-alchino catalizzata da rame (CuAAC). Questa reazione è facilitata dal rame, e la polimerizzazione avviene in fasi. La prossima è una reazione chiamata polimerizzazione del metacrilato, che forma un materiale simile alla plastica in un modo simile all'aggiunta di collegamenti a una catena in crescita. "Questo è unico nel modo in cui la luce blu induce reazioni sequenziali, "dice Kloxin.

Il risultato finale è un materiale che Kloxin e Shete descrivono come un "film vetroso, " meno fragile del metacrilato puro e più forte del CuAAC puro a temperature più elevate. I film realizzati con questo materiale IPN mostrano anche memoria di forma, quando deformati, può essere riportato alla sua dimensione e forma originale con 15 minuti di riscaldamento a 80 gradi Celsius.

Questo approccio a luce blu per formare reti polimeriche compenetranti consente di risparmiare tempo ed energia, ma questi non sono i suoi unici vantaggi. Per uno, questo approccio consente a Kloxin e Shete di controllare la coppia di reazioni chimiche con maggiore precisione, permettendo loro di modellare le reti polimeriche in forme complesse. Questo metodo rapido impedisce inoltre agli ingredienti di separarsi in un modo che potrebbe altrimenti interferire con la formazione di una rete polimerica compenetrante.

Inoltre, il nuovo processo non richiede solventi o additivi comunemente usati nella produzione di materie plastiche, spesso aggiunto per prevenire la frattura fragile. I materiali riportati da Kloxin e Shete mostrano una maggiore tenacità che supera questa fragilità senza solventi o additivi, anche rendendolo un approccio sintetico più verde.

Il team ha depositato un brevetto provvisorio per il metodo descritto nel nuovo documento. "Queste sostanze chimiche potrebbero essere attaccate ad altre molecole, "Kloxin ha detto, e il team testerà le loro applicazioni per formare idrogel, materiali dentali e altre reti polimeriche.