Concetto per ottenere particelle di dimensioni e forma uniformi mediante polimerizzazione controllata a livello molecolare e particellare. Credito:Stefan Mecking e Manuel Schnitte
Un team di ricercatori dell'Università di Costanza ha dimostrato una nuova procedura di polimerizzazione acquosa per generare nanoparticelle polimeriche con una catena singola e una forma uniforme, quale, a differenza dei metodi precedenti, comporta elevate concentrazioni di particelle. Un documento corrispondente intitolato "Nanocristalli monodispersi a catena singola di forma uniforme mediante polimerizzazione catalitica acquosa vivente" è impostato per la pubblicazione in Comunicazioni sulla natura .
Per costruire nanomateriali, sono necessarie nanoparticelle con forme e dimensioni uniformi. Mentre le nanoparticelle di metallo inorganico o di ossido di metallo adatte all'assemblaggio possono essere generate in una varietà di forme, è stato finora molto difficile produrre nanoparticelle polimeriche in forme diverse dalle sfere. Stefan Meck, professore di scienza dei materiali chimici presso l'Università di Costanza afferma, "Negli approcci precedenti, le particelle a catena singola sono state preparate mediante collasso post-polimerizzazione o assemblate da soluzioni di catene sintetizzate separatamente. Quello che siamo riusciti a fare è dimostrare la polimerizzazione diretta a nanocristalli monodispersi a forma uniforme a catena singola per polietilene, che è il materiale polimerico sintetico più grande e importante."
Una delle principali sfide associate a questo approccio è ottenere una crescita di catene viventi e particelle che possa essere sostenuta per diverse ore e fino a pesi molecolari molto elevati, producendo idealmente nanocristalli a catena singola di polietilene ad altissimo peso molecolare. Per realizzare questo, i ricercatori hanno sviluppato catalizzatori avanzati. "Abbiamo quindi condotto una serie di test sui reattori a pressione per identificare le condizioni ideali per mantenere l'attività catalitica per periodi di tempo più lunghi e per ottenere informazioni sul processo di crescita della catena e delle particelle, " spiega Mecking. "Oltre ai nuovi catalizzatori, il controllo dello stato colloidale della miscela di reazione è un altro elemento chiave per ottenere le dispersioni di particelle acquose desiderate."
Immagini TEM di nanocristalli UHMWPE. a–d Nanocristalli ottenuti da polimerizzazione acquosa dopo diversi tempi di reazione che mostrano l'evoluzione delle dimensioni e della forma (voci 1 (a), 3 (b), 5 (c), e 7 (d), Tavolo 2); e, f strutture stratificate con ordine a corto raggio formate dall'essiccazione di dispersioni di particelle uniformi con dimensioni diverse (voci 2 (e) e 7 (f), Tavolo 2), confini delle particelle segnati in rosso.
A differenza di molte procedure di post-polimerizzazione, la procedura di polimerizzazione acquosa elaborata da Stefan Mecking e dal suo team produce densità di numero di particelle elevate, paragonabili alle dispersioni polimeriche commerciali utilizzate per i rivestimenti, vernici e altre applicazioni. Utilizzando la microscopia elettronica a trasmissione (TEM), i ricercatori hanno potuto confermare che le particelle così generate sono composte da un'unica catena, mostrano una distribuzione uniforme di forma e dimensione e non si aggregano.
"Anche se i nostri assemblaggi potrebbero non corrispondere completamente agli assemblaggi ampiamente ottimizzati delle nanoparticelle inorganiche, sembrano molto promettenti, " conclude Mecking. " Col tempo, le nostre intuizioni sulla creazione di nanocristalli polimerici anisotropi utilizzando la polimerizzazione catalitica acquosa possono consentirci di creare materiali polimerici basati sull'assemblaggio di nanoparticelle".
