L'ultimo sviluppo di un professore dell'Università di Akron (UA) nelle bioplastiche ha il potenziale per fare importanti passi avanti nella sostenibilità per le plastiche future.

Nel laboratorio del Dr. Shi-Qing Wang presso la School of Polymer Science and Polymer Engineering di UA, il team si sta concentrando sulla ricerca che mostri strategie efficaci per trasformare polimeri fragili in materiali resistenti e flessibili. Per esempio, il gruppo ha recentemente prodotto un prototipo di tazza di poli(acido lattico) (PLA) trasparente, super resistente e non si restringe se riempito con acqua bollente.

"La plastica è diventata una parte essenziale della nostra vita quotidiana, anche se la maggior parte non può essere riciclata e quindi si accumula nelle discariche, "dice Wang, che attualmente ricopre il ruolo di professore di scienze dei polimeri di Kumho. "Alcune promettenti alternative biodegradabili/compostabili, come PLA, in genere non sono abbastanza forti da sostituire i polimeri tradizionali a base di combustibili fossili come il polietilentereftalato (PET) perché questi materiali sostenibili sono fragili".

Dottor Ramani Narayan, illustre professore nel Dipartimento di Ingegneria Chimica e Scienza dei Materiali della Michigan State University, e rinomato scienziato nello spazio delle bioplastiche, afferma che la ricerca di Wang ha il potenziale per essere una svolta nel mercato del PLA.

"Il PLA è il principale polimero al mondo 100% biobased e completamente compostabile, " dice Narayan. "Ma ha una bassa tenacità e una bassa temperatura di distorsione del calore. Si ammorbidisce e collassa strutturalmente intorno ai 140 gradi Fahrenheit, rendendolo inutilizzabile in molte applicazioni di confezionamento di alimenti caldi e contenitori usa e getta. La ricerca del Dr. Wang potrebbe essere una tecnologia dirompente perché il suo prototipo di coppetta in PLA è resistente, trasparente, eppure rigido per trattenere l'acqua bollente."

Wang, che ha insegnato alla UA per 20 anni, ha cercato di stabilire una base di conoscenza per comprendere la relazione lavorazione-struttura-proprietà per varie materie plastiche e applicare le ultime conoscenze per affrontare la famigerata fragilità del PLA.

Per spiegare la scienza alla base di come il suo prototipo di tazza in PLA è in grado di acquisire duttilità e ottenere resistenza al calore, Wang usa l'analogia degli spaghetti cotti. Se il PLA fuso viene ingrandito di un milione di volte, ogni molecola a catena sembrerebbe un filo di spaghetti, molti metri di lunghezza. Affinché i materiali termoplastici (compreso il PLA) siano resistenti, è importante che la cristallizzazione non rimuova o interrompa l'intreccio dei "fili di spaghetti".

Wang chiama questa struttura intrecciata la "rete a catena". È attraverso una tale struttura che chiunque può raccogliere quasi tutti i fili di spaghetti da una ciotola con un paio di bacchette. Questa rete di catene, se opportunamente manipolato, assicura che la tazza per bevande in PLA sia meccanicamente resistente senza cristallizzazione. Ma una tazza così commerciale crolla quando vi viene versata dell'acqua bollente. "Le tazze realizzate in PLA normalmente cristallizzato possono contenere acqua bollente ma sono terribilmente fragili e opache, " ha detto Wang.

Studiando l'origine della duttilità nei polimeri semicristallini, Il gruppo di ricerca di Wang ha scoperto un modo per limitare i cristalli a scale nanoscopiche nel PLA preservando la rete, risultando in chiaro, tazza dura e resistente al calore. Una tazza così trasparente può contenere tè e caffè caldi e potrebbe sostituire la maggior parte delle tazze per bevande in plastica sul mercato.

"L'impatto della nostra nuova intesa potrebbe finalmente stimolare il mercato del PLA a crescere esponenzialmente, "dice Wang.