I ricercatori A*STAR hanno rafforzato l'acido polilattico mantenendone l'elasticità aggiungendo nanoparticelle core-shell come riempitivo1.

L'acido polilattico (PLA) è un polimero biodegradabile e altamente biocompatibile con una buona lavorabilità termica, che ha trovato largo impiego nelle applicazioni biomediche e come materiale di confezionamento. Però, è fragile e ha scarsa stabilità meccanica, quindi viene spesso modificato aggiungendo polimeri di rinforzo e incorporando diversi metodi di polimerizzazione. Sfortunatamente, queste modifiche riducono anche la resistenza e il modulo elastico del materiale, che ne limita le applicazioni.

Ora, Chaobin He, Beng Hoon Tan e colleghi dell'A*STAR Institute of Materials Research and Engineering, Singapore, segnalare la maggiore tenacità del PLA, mantenendo la resistenza e il modulo del materiale, mediante l'aggiunta di nanoparticelle core-shell come riempitivo. Le nanoparticelle hanno nuclei di silice con catene di gomma legate covalentemente alla silice, e poli(D-acido lattico) (PDLA) innestato sul guscio esterno. Questi passaggi sequenziali sono stati realizzati utilizzando una tecnica chiamata "polimerizzazione con apertura dell'anello".

Dopo l'aggiunta delle nanoparticelle a una matrice di poli(L-acido lattico) (PLLA) utilizzando un processo di miscelazione della soluzione, una forma complessa tra le catene PDLA pendenti e la matrice PLLA. interessante, l'analisi termica del nanocomposito polimerico indica che il materiale si riassembla perfettamente dopo la ricristallizzazione dal fuso. Questo effetto memoria di fusione è notevolmente potenziato dall'incorporazione di catene di gomma nelle nanoparticelle.

"La presenza di nanoparticelle di gomma silicea-PDLA nella matrice PLA e la sua complessa formazione con PLLA forniscono sollievo dallo stress e effetti ponte durante la deformazione, migliorando così la tenacità senza sacrificare resistenza e modulo, " dice He. La maggiore facilità di distensione è probabilmente dovuta alla capacità della gomma di agire come un concentratore di stress durante la deformazione plastica. Dall'analisi microscopica del nanocomposito polimerico, i meccanismi di deformazione del materiale sono stati identificati come 'crazing', che comporta la formazione di microvuoti nel materiale, e fibrillazione nei siti di deformazione plastica locale.

"La produzione su larga scala di PLA da risorse rinnovabili rende il nostro materiale ecologico un candidato promettente per sostituire i termoplastici a base di petrolio, " dice He. "Mentre il nostro approccio ha superato in modo significativo le carenze del PLA puro, quali fragilità e scarsa stabilità meccanica, è necessario effettuare un'ulteriore ottimizzazione dei materiali e del processo, nonché il miglioramento della compatibilità della matrice nanoparticelle-polimero."

"La capacità di indurire il PLA con l'aggiunta di queste nanoparticelle di silice-gomma-PLA aprirà la strada all'ulteriore sviluppo di polimeri sostenibili per applicazioni più ampie, esempio, elettronica di consumo, automotive e packaging, " conclude He.