Ci sono buone probabilità che tu abbia toccato qualcosa fatto con il polimero poliolefinico oggi. Viene spesso utilizzato in prodotti in polietilene come sacchetti di plastica o prodotti in polipropilene come pannolini.

Per quanto utili siano le poliolefine nella società, continuano a moltiplicarsi come spazzatura nell'ambiente. Gli scienziati stimano i sacchetti di plastica, Per esempio, ci vorranno secoli per degradarsi.

Ma ora, i ricercatori della Virginia Tech hanno sintetizzato un'alternativa biodegradabile alle poliolefine utilizzando un nuovo catalizzatore e il polimero poliestere, e questa svolta potrebbe alla fine avere un profondo impatto sugli sforzi per la sostenibilità.

Rong Tong, professore assistente presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica e membro di facoltà affiliato del Macromolecules Innovation Institute (MII), guidato il team di ricercatori, i cui risultati sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

Una delle maggiori sfide nella chimica dei polimeri è controllare la tatticità o la stereochimica del polimero. Quando si moltiplicano le subunità monomeriche nella catena macromolecolare, è difficile per gli scienziati replicare una disposizione coerente di gruppi funzionali della catena laterale derivanti dalla catena polimerica principale. Questi gruppi funzionali della catena laterale influenzano notevolmente le proprietà fisiche e chimiche di un polimero, come la temperatura di fusione o la temperatura di transizione vetrosa, e la stereochimica regolare porta a proprietà migliori.

Tong ha detto che il suo gruppo ha ora trovato un modo per creare stereochimica regolare con i poliesteri.

"Non esiste un metodo disponibile per fare questo tipo di chimica, " Ha detto Tong. "Le persone hanno fatto un lavoro simile con il polilattide prima, ma abbiamo fondamentalmente dimostrato che se controlliamo la stereochimica, i poliesteri avranno proprietà fisiche e chimiche migliorate."

Tong e il suo postdottorato, Quanyou Feng, combinato un nuovo catalizzatore fotoredox Ni/Ir, un processo chimico sorprendentemente semplice che utilizza una lampadina domestica per avviare la reazione, con un catalizzatore Zn stereoselettivo per avviare la polimerizzazione di apertura dell'anello del monomero O-carbossianidride per creare questi poliesteri migliorati. I monomeri possono essere convenientemente polimerizzati entro poche ore con tracce di catalizzatori. Il materiale risultante ha un alto peso molecolare, stabilità termica e cristallinità, e può degradarsi in una soluzione acquosa basica.

"Se usi un catalizzatore normale, non ha il controllo della stereochimica, ma abbiamo scoperto che il nostro catalizzatore può farlo, " Tong ha detto. "Nel nostro giornale, dimostriamo come progettare tali catalizzatori stereoselettivi e come aiutano con il controllo della stereochimica".

Le O-carbossianidridi sono costituite da amminoacidi, che sono composti organici naturali, quindi questi poliesteri si degraderebbero, a differenza delle attuali poliolefine non degradabili. Inoltre, Le O-carbossianidridi possono apportare diversi gruppi funzionali al poliestere e diversificare l'applicazione del polimero. Attualmente, la FDA ha approvato solo alcuni poliesteri per applicazioni biomediche.

Dopo aver finalizzato la sintesi, Tong ha poi lavorato con Guoliang "Greg" Liu, un assistente professore presso il Dipartimento di Chimica e collega di facoltà affiliato con MII, per dimostrare che i nuovi polimeri avevano proprietà migliorate.

"Il laboratorio del Dr. Tong ha eccezionali tecniche di progettazione del catalizzatore e polimerizzazione, e abbiamo eccellenti capacità di caratterizzazione ed elaborazione, quindi è naturale per noi lavorare insieme, Liu ha detto. "Controllare e dimostrare la tattica non è un processo banale. Utilizzando calorimetria differenziale a scansione e risonanza magnetica nucleare, forniamo una forte prova della struttura e delle proprietà che stiamo cercando".

Lo sviluppo di questi poliesteri in applicazioni è ancora lungo la linea, ma Liu ha detto che per ora questo è un progresso significativo per la ricerca sui materiali.

"Questa sintesi di poliestere che controlla la tatticità può fornire una nuova libreria di materiali polimerici che non avevamo prima, " ha detto Liù.

Questo pezzo di chimica innovativa ha entusiasmato Tong e Liu per un futuro in cui le plastiche degradabili e verdi possono essere prodotte per sostituire le odierne plastiche petrolifere che persistono nelle discariche e negli oceani per decenni o secoli.

Tong ha affermato che questa nuova tecnologia di sintesi dei polimeri è stata dimostrata solo a livello di laboratorio accademico. C'è ancora molto lavoro da fare per caratterizzare questi materiali funzionali e perfezionare il processo di scale-up di sintesi in attesa di brevetto.

"Sarebbe il nostro sogno vedere questi poliesteri degradabili materializzarsi sul mercato, sia per l'industria della plastica che per l'applicazione biomedica, " Ha detto Tong.

La squadra di Tong include anche Yongliang Zhong, un dottorato di ricerca in ingegneria chimica. alunno; Dong Guo, uno studente di chimica che lavora nel laboratorio di Liu; e il collaboratore Linghai Xie, professore alla Nanjing University of Posts and Telecommunications in Cina, che ha aiutato negli studi di calcolo per chiarire il meccanismo di stereoselettività del catalizzatore.