Negli ultimi 100 anni, plastiche e polimeri hanno cambiato il modo in cui opera il mondo, da aeroplani e automobili a computer e telefoni cellulari, quasi tutti composti da composti a base di combustibili fossili. La scoperta da parte di un team di ricerca della Florida State University di una nuova plastica derivata dalla linfa di pino ha il potenziale per essere un punto di svolta per nuovi materiali sostenibili.

Professore Associato di Chimica e Biochimica Justin Kennemur, il ricercatore principale dello studio che dettaglia la nuova scoperta, ha affermato che questo è stato un passo significativo nella giusta direzione per le nuove materie plastiche ed è una scoperta d'ingresso che potrebbe portare a diversi nuovi materiali.

"Quello che sappiamo attualmente è questo vetroso, la plastica termicamente stabile può essere fusa e modellata a una temperatura più elevata e si raffredda in una plastica dura a temperatura ambiente, " Kennemur ha detto. "Uno dei prossimi obiettivi è quello di apprendere alcune delle proprietà meccaniche di questi polimeri. Però, questo materiale ha molte caratteristiche strutturali che rispecchiano le plastiche che usiamo ogni giorno, quindi c'è la promessa per una moltitudine di applicazioni."

I risultati del team sono stati pubblicati sulla rivista Lettere macro ACS .

"Il novantanove percento della plastica oggi è prodotto da combustibili fossili limitati con una domanda crescente e una disponibilità geografica limitata, " ha detto. "Produrre materiali da risorse rinnovabili, e in particolare linfa di pino, che può essere raccolto senza uccidere l'albero, è uno sforzo notevole".

alfa-pinene, la molecola più abbondante prodotta dalla linfa di pino, è notoriamente difficile da trasformare in plastica, quindi attualmente ha usi limitati. Si trova principalmente nei detergenti e nei solventi a base di trementina. Mark Yarolimek, uno studente di dottorato FSU in chimica dei polimeri che ha guidato lo studio, prima modificato sinteticamente l'alfa-pinene per rendere il composto noto come delta-pinene.

"Ho sottoposto l'alfa-pinene a una serie di reazioni chimiche, molteplici purificazioni, e alcuni tentativi ed errori, che alla fine ha avuto successo nel convertirlo in delta-pinene, " disse. "Una volta ottenuto il delta-pinene liquido purificato, L'ho convertito nella plastica risultante, poli-delta-pinene, attraverso un'ultima reazione chimica."

Rilegatore Yarolimek e Heather, che ha lavorato come ricercatore universitario nel progetto prima di laurearsi in fisiologia dell'esercizio nel 2020, quindi ha eseguito una serie di "polimerizzazioni" - reazioni chimiche per trasformare piccole molecole liquide in macromolecole solide - per testare quanto fosse efficace questa molecola nel diventare una plastica.

Questi test includevano la misurazione di quanto delta-pinene è stato convertito in plastica in una singola reazione, quanto bene i ricercatori potrebbero controllare la crescita delle molecole, e come la variabilità delle condizioni ha influenzato i materiali. Hanno anche caratterizzato le varie proprietà del materiale della plastica, ad esempio a quale temperatura si scioglie il polimero e quanto calore può sopportare prima di decomporsi, oltre ad esplorare la struttura molecolare dei materiali.

Brianna Coia, un ricercatore laureato nel gruppo Kennemur, analizzato contemporaneamente il delta-pinene per capire se possedesse le proprietà termodinamiche adatte a subire la polimerizzazione. Con le risorse del Research Computing Center della FSU, Coia ha eseguito calcoli della teoria del funzionale della densità, e i suoi risultati computazionali erano ben in parallelo con i risultati sperimentali di Yarolimek e Bookbinder.

Yarolimek ha affermato che convertire tali molecole di biomassa in nuove plastiche ad alte prestazioni, come questo, è essenziale per continuare il nostro modo di vivere. Il team ha già collaborato con l'Ufficio per la commercializzazione dell'FSU per depositare un brevetto per il materiale scoperto.

"Invece di regredire al XVIII secolo quando il petrolio si esaurisce, il passaggio alla plastica biobased ci consentirà di spingerci più avanti in ciò che verrà dopo, " Egli ha detto.

La produzione di nuove plastiche a base biologica è solo metà della conversazione, l'altra riguarda il destino ultimo della plastica, disse Kennemur. Per questo materiale ad alte prestazioni, avere una breve durata di conservazione dall'essere biodegradabile sarebbe indesiderabile, ma ha ancora bisogno di un modo per essere riciclato. Ciò può significare lo sviluppo di processi di decomposizione tramite uno stimolo chimico.

"La nostra ricerca è investita in entrambi. Produciamo nuovi materiali, ma stiamo anche studiando la loro riciclabilità chimica, " ha detto. "Abbiamo realizzato questa nuova plastica, ma questo è solo l'inizio. Dobbiamo anche imparare a disfare la plastica e abbiamo in programma di iniziare a indagare su questo".

Kennemur ha affermato che i suoi studenti ricercatori meritano in gran parte il merito della scoperta mentre il suo ruolo era quello di guidare i loro sforzi.

"Fare parte di questo gruppo di ricerca è stata probabilmente una delle esperienze più educative e interessanti che ho avuto durante il mio periodo alla FSU, " Rilegatore ha detto. "Secondo me, l'esperienza pratica è il modo più coinvolgente per imparare e ha un effetto duraturo. Parlerò della ricerca e del mio ruolo nell'esperienza per il resto della mia vita".