Un team di ricercatori ha trovato un nuovo modo per produrre un materiale polimerico chiamato PBO, un prodotto noto commercialmente come Zylon che viene utilizzato in giubbotti antiproiettile e altri tessuti ad alte prestazioni. Il nuovo approccio potrebbe essere utile per realizzare prodotti PBO che resistono alla degradazione, un problema che ha afflitto in passato i materiali a base di PBO.

"Mostriamo che usando un catalizzatore di nanoparticelle, possiamo produrre PBO in condizioni più rispettose dell'ambiente e senza utilizzare una sostanza chimica nota per causare il degrado imprevisto di questi materiali, " ha detto Shouheng Sun, un professore di chimica alla Brown University e coautore di un nuovo articolo che descrive la ricerca. "Pensiamo che questo potrebbe essere un percorso verso la realizzazione di materiali PBO più robusti".

La ricerca è descritta nella rivista Questione .

Il modo tradizionale di produrre PBO (il suo nome completo è polibenzossazolo) prevede l'uso dell'acido polifosforico (PPA) sia come catalizzatore per le reazioni chimiche necessarie sia come solvente. PPA è un forte, acido altamente corrosivo ed è stato individuato come fonte di degradazione del PBO. Le molecole dell'acido si depositano nella catena polimerica, lasciando le fibre suscettibili di degradazione se esposte alla luce e all'umidità nel tempo. Tale degrado ha portato al richiamo di giubbotti antiproiettile basati su PBO in passato.

Il laboratorio di Sun a Brown ha lavorato a lungo con catalizzatori compositi a nanoparticelle in grado di eseguire le nuove reazioni necessarie per produrre PBO, e lo fanno senza usare PPA. La catalizzazione delle reazioni con le nanoparticelle richiederebbe anche meno energia e può essere eseguita utilizzando acido formico rinnovabile come fonte di idrogeno. Tutto ciò rende il processo di produzione più ecologico.

Fino ad ora, però, catalizzatori di nanoparticelle composite sono stati ampiamente utilizzati per produrre solo piccole molecole organiche. Che si tratti di un catalizzatore composito, che in questo caso è costituito da particelle di leghe di oro e palladio, potrebbe essere utilizzato per catalizzare la crescita controllata delle catene polimeriche era precedentemente sconosciuto.

"La domanda chiave a cui stavamo cercando di rispondere è se possiamo controllare le reazioni in modo da ottenere un buon controllo sul grado di polimerizzazione, " ha detto Sun. "Alla fine abbiamo dimostrato che potevamo farlo sintonizzando la composizione e le dimensioni delle nanoparticelle di lega nel nostro catalizzatore".

Una composizione di lega di quasi il 40% di oro e il 60% di palladio si è dimostrata ottimale per controllare la velocità delle reazioni necessarie per produrre il PBO. Le particelle di dimensioni di circa 8 nanometri hanno prodotto una velocità di reazione che ha massimizzato il peso molecolare dei polimeri PBO.

Per scoprire se il PBO fosse effettivamente resistente al degrado, il team ha lavorato con i ricercatori della Brown's School of Engineering per eseguire i test meccanici. Questi test hanno dimostrato che i polimeri PBO realizzati con il catalizzatore a nanoparticelle erano più resistenti alla degradazione rispetto allo Zylon disponibile in commercio, anche dopo essere stati bolliti in acqua e acido per giorni.

I ricercatori affermano che il lavoro futuro si concentrerà sulla generazione di polimeri PBO con pesi molecolari più elevati. I polimeri generati per questo studio erano significativamente più leggeri di quelli del prodotto commerciale, che limita la loro resistenza meccanica iniziale. Ancora, dicono i ricercatori, il lavoro è una forte dimostrazione dell'idea che le nanoparticelle composite possono produrre PBO resistente alla degradazione.

Girolamo Robinson, un assistente professore di chimica alla Brown e coautore dello studio, ha osservato che le diverse competenze del team di ricerca Brown sono state fondamentali per il successo di questo lavoro.

"Era davvero importante poter collaborare con ingegneri e altri ricercatori, " ha detto Robinson. "Essere in grado di attraversare la strada fino alla School of Engineering e fare i test meccanici è stato fantastico, e penso che abbiamo la squadra giusta per portare avanti questa ricerca".