I materiali polimerici sintetici, come la plastica e la gomma, sono diventati onnipresenti nella nostra vita quotidiana. È quindi essenziale garantire che siano sicuri, durevoli e sostenibili. Ciò è particolarmente vero per le pellicole in lattice sintetico, ampiamente utilizzate nel settore degli imballaggi, della biomedicina e dell'elettronica.
Ma cosa sono esattamente le pellicole in lattice sintetico? In poche parole, sono un tipo di pellicole a base di nanoparticelle prodotte essiccando una miscela di nanoparticelle polimeriche e acqua. Man mano che il solvente evapora, le nanoparticelle diventano più compatte finché alla fine le interazioni tra le catene polimeriche ai confini delle nanoparticelle creano un film coerente.
Sfortunatamente, le pellicole di lattice prodotte in questo modo sono deboli. Nella maggior parte dei casi, è necessario aggiungere solventi organici e riempitivi alla miscela iniziale per migliorare le proprietà meccaniche del prodotto finale. Questi additivi non solo sono costosi ma anche dannosi per l'ambiente.
Fortunatamente, un team di ricercatori giapponesi, guidato dal professore associato Daisuke Suzuki dell’Università di Shinshu, ha recentemente sviluppato un modo innovativo per produrre pellicole di lattice elastiche a base di nanoparticelle resistenti e resistenti alle crepe senza utilizzare tali additivi. Il loro lavoro, pubblicato sulla rivista Langmuir , includevano contributi di Yuma Sasaki dell'Università di Shinshu e del professor Toshikazu Takata dell'Università di Hiroshima.
La chiave del loro approccio era una nuova struttura molecolare nota come rotaxano, che comprende due componenti principali:una molecola ad anello e una molecola lineare "asse". La molecola ad anello viene fatta passare attraverso la molecola dell'asse, che successivamente viene intrappolata meccanicamente a causa della forma delle terminazioni dell'asse.
I ricercatori hanno sfruttato questo meccanismo di incastro nel rotaxano facendo legare chimicamente la molecola ad anello a una catena polimerica e la molecola dell'asse a un'altra catena. Successivamente, hanno preparato miscele di acqua e nanoparticelle polimeriche mediante ultrasuoni standard e successiva polimerizzazione che, a loro volta, sono state utilizzate per produrre pellicole di lattice. Gli esperimenti di stretching eseguiti su questi film hanno rivelato che la strategia basata sul rotaxano ha prodotto alcune proprietà notevoli.
"A differenza dei convenzionali polimeri elastici a base di nanoparticelle, le pellicole di lattice composte da nanoparticelle reticolate con rotaxano hanno mostrato un comportamento insolito nella propagazione delle crepe", spiega il Dr. Suzuki. "La direzione di propagazione della fessura è cambiata da parallela alla fessura a perpendicolare alla fessura, con conseguente maggiore resistenza allo strappo."
Il nuovo approccio alla produzione di pellicole in lattice offre molti vantaggi rispetto ai metodi convenzionali. Ancora più importante, non sono necessari additivi tossici per ottenere una ragionevole tenacità della pellicola. Inoltre, poiché è necessaria solo una piccola quantità di rotaxano, il peso totale delle pellicole può essere mantenuto basso preservando la flessibilità. Anche le pellicole in lattice proposte sono sostenibili.
"Sono degradabili e possono essere facilmente disassemblati in singole nanoparticelle semplicemente immergendole in un solvente organico rispettoso dell'ambiente, come una soluzione acquosa di etanolo", afferma il dott. Suzuki. "Queste nanoparticelle possono quindi formare nuovamente una pellicola dopo l'evaporazione della soluzione. I risultati di questa ricerca possono quindi aiutare a creare materiali altamente durevoli e riciclabili."
Nel complesso, il team prevede che il proprio lavoro amplierà la portata della progettazione di nuove pellicole polimeriche senza additivi. Tali materiali potrebbero quindi essere resi biocompatibili, con potenziali applicazioni nella biotecnologia e nella medicina oltre a imballaggi, rivestimenti industriali e adesivi.
Ulteriori informazioni: Yuma Sasaki et al, Polimeri tenaci basati su nanoparticelle con resistenza alla propagazione delle crepe, Langmuir (2023). DOI:10.1021/acs.langmuir.3c01226
Informazioni sul giornale: Langmuir
Fornito dall'Università di Shinshu
