Un polimero che si autodistrugge? Mentre una volta un'idea fittizia, ora esistono nuovi polimeri abbastanza robusti da trasportare pacchi o sensori in un territorio ostile e vaporizzarsi immediatamente al completamento di una missione militare. Il materiale è stato trasformato in un aliante ad ali rigide e in un tessuto da paracadute simile al nylon per il trasporto aereo su distanze di cento miglia o più. Potrebbe anche essere utilizzato un giorno nei materiali da costruzione o nei sensori ambientali.

I ricercatori presenteranno oggi i loro risultati all'American Chemical Society (ACS) Fall 2019 National Meeting &Exposition.

"Questo non è il genere di cose che si degradano lentamente in un anno, come le plastiche biodegradabili con cui i consumatori potrebbero avere familiarità, "dice Paul Kohl, dottorato di ricerca, il cui team ha sviluppato il materiale. "Questo polimero scompare in un istante quando si preme un pulsante per attivare un meccanismo interno o il sole lo colpisce". I polimeri in via di estinzione sono stati sviluppati per il Dipartimento della Difesa, che è interessato a distribuire sensori elettronici e veicoli di consegna che non lasciano traccia della loro esistenza dopo l'uso, evitando così la scoperta e alleviando la necessità di ripristino del dispositivo.

La chiave per far scomparire un polimero, o spezzarsi, è la "temperatura massima". Al di sotto della temperatura del soffitto, è favorita una configurazione polimerica, ma al di sopra di quella temperatura, il polimero si romperà nei suoi monomeri componenti. polimeri comuni, come il polistirolo, hanno una temperatura del soffitto superiore alla temperatura ambiente e sono molto stabili. E anche quando sono riscaldati al di sopra della loro temperatura massima, alcuni di questi materiali possono impiegare molto tempo per decomporsi. Per esempio, migliaia di legami chimici uniscono tutti i monomeri nel polistirene, e tutti questi legami devono essere rotti affinché i materiali si decompongano. Ma con polimeri a bassa temperatura del soffitto, come quelli ciclici usati da Kohl, solo un legame deve rompere, e poi tutti gli altri legami si sciolgono, quindi la depolimerizzazione avviene rapidamente. Il processo può essere avviato da un picco di temperatura proveniente da una fonte esterna o incorporata, o da un catalizzatore fotosensibile.

Per molti anni, i ricercatori hanno tentato di realizzare questi polimeri, ma non hanno avuto successo a causa dell'instabilità dei materiali a temperatura ambiente. Il gruppo di ricerca di Kohl presso il Georgia Institute of Technology ha scoperto che potevano superare questo problema se fossero stati attenti a rimuovere tutte le impurità formate durante la sintesi. Inoltre, hanno trovato un certo numero di aldeidi, compresa la ftalaldeide, che formano facilmente polimeri ciclici. Una volta ottimizzata la sintesi di questo polimero, si sono concentrati sui modi per farlo scomparire.

Per fare questo, i ricercatori hanno incorporato nel polimero un additivo fotosensibile, che assorbe la luce e catalizza la depolimerizzazione. "Inizialmente, l'abbiamo reso fotosensibile solo alla luce ultravioletta in modo da poter realizzare le parti in una stanza ben illuminata con illuminazione fluorescente, e andava bene; era stabile, " dice Kohl. Ma quando il polimero è stato posto all'esterno, l'esposizione alla luce solare lo ha vaporizzato (o lo ha riportato a un liquido, in alcuni casi). Un veicolo schierato di notte sarebbe, perciò, scomparire con l'alba.

Da allora il gruppo di Kohl ha scoperto nuovi additivi che possono innescare la depolimerizzazione a diverse lunghezze d'onda della luce visibile, quindi il polimero può decomporsi all'interno. "Abbiamo polimeri progettati per applicazioni in cui entri nella stanza, tu accendi la luce, e la cosa scompare, " dice Kohl.

Il gruppo ha anche determinato come bloccare la depolimerizzazione. "Abbiamo un modo per ritardare la depolimerizzazione per un periodo di tempo specifico:un'ora, due ore, tre ore, " dice. "Lo terresti al buio finché non lo useresti, ma poi lo distribuiresti durante il giorno, e avresti tre ore prima che si decomponga." Il team ha preso in considerazione metodi chimici per avviare il processo di decomposizione, anche. Inoltre, stanno testando vari copolimeri che possono essere aggiunti alla ftalaldeide per modificare le proprietà del materiale senza alterarne la capacità di svanire.

Kohl afferma che questo materiale simile a "James Bond" è già stato incorporato in dispositivi militari da altri ricercatori. Ma vede anche il potenziale dei materiali per applicazioni non militari. Per esempio, i ricercatori hanno realizzato una resina epossidica in via di estinzione per un adesivo temporaneo che potrebbe essere utilizzato nei materiali da costruzione. Immaginano anche che il materiale possa essere utilizzato come sensori per il monitoraggio ambientale. Una volta che i sensori hanno finito di raccogliere i dati, non c'è rischio di sporcare l'ambiente poiché possono essere innescati per vaporizzare. Il materiale può essere utilizzato anche per veicoli di consegna in aree remote dove il recupero è difficile.