I ricercatori del FAMU-FSU College of Engineering hanno fatto nuove scoperte sugli effetti della temperatura sui polimeri sostenibili. I loro risultati possono aiutare l'industria a produrre materie plastiche che sono migliori per l'ambiente.

"Plastiche a base di petrolio, una risorsa non rinnovabile, rimanere troppo a lungo nella nostra terra e nell'acqua quando vengono scartati, " disse Rufina Alamo, professore presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biomedica. "Stiamo studiando come i polimeri sostenibili vengono riscaldati e raffreddati in modo da poter produrre plastiche più 'ecologiche'".

Alamo e l'ex dottorando Xiaoshi Zhang, ora ricercatore post-dottorato alla Penn State, ha recentemente pubblicato il lavoro in una serie di articoli incentrati sulla cristallizzazione di polimeri "verdi". L'ultimo documento appare come articolo di copertina in macromolecole , una rivista leader per la scienza dei polimeri.

"C'è una motivazione mondiale per trasformare il modo in cui viene prodotto il maggior volume di plastica, " Ha detto Alamo. "Chimici e fisici polimerici stanno lavorando duramente per produrre materiali sostitutivi per porre fine ai problematici rifiuti di plastica".

Determinare la temperatura corretta per la lavorazione è la chiave per produrre materiali migliori che aiuteranno gli scienziati a sostituire i polimeri economici ricavati dal petrolio con polimeri economicamente sostenibili, polimeri sostenibili.

"Il modo in cui il polimero viene fuso e raffreddato per ottenere la forma desiderata è importante, " Ha detto Alamo. "Stiamo cercando di capire le complessità della cristallizzazione per comprendere ulteriormente il processo di trasformazione".

Il team sta studiando un tipo di polimero chiamato "poliacetali a spaziatura lunga, " che vengono utilizzati nelle materie plastiche. Sintetizzati in un laboratorio presso l'Università di Costanza in Germania, i poliacetali a lunga distanza utilizzati dal team di Alamo provengono da biomasse sostenibili. Contengono una struttura portante in polietilene collegata a gruppi acetalici a precise distanze uguali. La struttura combina la tenacità del polietilene con la degradabilità idrolitica del gruppo acetalico. Questo tipo di polimero è resistente ma si rompe più facilmente con l'acqua rispetto ai polimeri tradizionali.

"Quello che abbiamo scoperto è che questi tipi di polimeri cristallizzano in un modo insolito quando vengono raffreddati dopo la fusione, " ha detto Alamo.

Durante il processo di raffreddamento, molecole che sembrano fili ricci di spaghetti di plastica fusa si districano per formare cristalli e sono responsabili della tenacità del materiale finale. Il gruppo di Alamo ha mostrato che la cristallizzazione dei polimeri è controllata da eventi molecolari che si verificano sul fronte di crescita dei cristalli.

I ricercatori hanno scoperto che una volta raffreddato rapidamente, questi poliacetali diventano tenaci e cristallini, e le molecole si autoassemblano in un tipo di cristallo chiamato "Forma I". Una volta raffreddato lentamente, il materiale è anche molto cristallino, ma i cristalli formati sono molto diversi e sono soprannominati "Forma II". Quando raffreddato a temperature intermedie, il materiale non si solidifica affatto. Questo fenomeno non è mai stato osservato in nessun altro polimero cristallino, secondo i ricercatori.

"Per formare cristalli, una barriera energetica deve prima essere superata, " Ha detto Alamo. "A basse temperature, i cristalli si formano facilmente. Ad alte temperature, i cristalli sono più stabili, e a temperature intermedie, i cristalli competono per formarsi, e il materiale non può solidificarsi."

"Si tratta di una scoperta significativa perché è una chiave importante per comprendere come le plastiche che utilizziamo diventano solide, " ha detto. "Vogliamo fornire all'industria i migliori processi di trasformazione possibili. Vogliamo plastiche sostenibili che non si deformino o abbiano difficoltà a solidificarsi".

La ricerca potrebbe fornire nuovi modi di produrre materie plastiche che saranno più economici da produrre e sostenibili.