Los enlaces más débiles se rompen más fácilmente que cualquiera de los polímeros fuertes.

Los enlaces más débiles fortalecen los polímeros.

Químicos del MIT y de la Universidad de Duke desarrollaron un enfoque novedoso para fortalecer los polímeros insertando enlaces más débiles en el material.

Los investigadores descubrieron que utilizar una forma más débil de reticulante para unir partes de los bloques de construcción de polímero podría aumentar diez veces la resistencia al desgarro de los materiales.

Estos polímeros similares al caucho se utilizan ampliamente en piezas de automóviles y como “tinta” para productos impresos en 3D. Los investigadores están estudiando la posibilidad de ampliar este enfoque a otros materiales, como los neumáticos de caucho.

Jeremiah Johnson, profesor de química en el MIT y uno de los autores principales del estudio, que aparece hoy en Science, dijo: "Si se pudiera fabricar un neumático de caucho diez veces más resistente al desgarro, eso podría tener un impacto dramático en la salud". vida útil del neumático y de la cantidad de residuos microplásticos que se desprenden”.

“Los ingenieros de polímeros saben cómo hacer que los materiales sean más resistentes, pero invariablemente implica cambiar alguna propiedad del material que no se desea cambiar. Aquí, la mejora de la tenacidad se produce sin ningún otro cambio significativo en las propiedades físicas, al menos eso que podemos medir, y se logra mediante la sustitución de sólo una pequeña fracción del material total”. dice Stephen Craig, profesor de química en la Universidad de Duke y autor principal del artículo.

Los investigadores descubrieron que el uso de enlaces finales más débiles para unir las hebras de polímero debilitaba el compuesto. Los enlaces más débiles, que contienen moléculas cíclicas conocidas como ciclobutano, se pueden romper con mucha menos fuerza que los que normalmente se emplean para conectar estos bloques de construcción.

Un nuevo estudio analizó una red de polímeros diferente en la que las hebras de polímero se entrecruzaban con otras hebras en puntos aleatorios en lugar de estar unidas en los extremos. Cuando los investigadores emplearon enlaces más débiles para conectar los bloques de construcción de acrilato esta vez, el material se volvió significativamente más resistente al desgarro.

Este método se utilizó para demostrar que los poliacrilatos con algunos enlaces más débiles eran de nueve a diez veces más difíciles de romper que los poliacrilatos fabricados con moléculas de reticulación más fuertes. Aunque los reticulantes débiles representaban sólo alrededor del 2 por ciento de la composición total del material, se obtuvo este resultado. Además, los investigadores demostraron que otras características del material, como su resistencia a la degradación bajo el calor, no se vieron afectadas por el cambio de composición.

Dos materiales rara vez tienen la misma estructura y características a nivel de red, pero exhiben desgarros que varían según la magnitud. Los investigadores están investigando la viabilidad de emplear este método para aumentar la dureza de otros materiales, como el caucho.

La investigación del grupo sobre la resistencia de los polímeros es un componente del Centro de Química de Redes Molecularmente Optimizadas, financiado por la Fundación Nacional de Ciencias y dirigido por Craig. El objetivo del centro es aprender cómo las características moleculares de las redes poliméricas afectan su comportamiento físico.

Los investigadores también demostraron que otras características del material, como su resistencia a la degradación bajo el calor, no se vieron afectadas por esta composición alterada.

Johnson dijo: "Es bastante raro que dos materiales tengan la misma estructura y las mismas propiedades a nivel de red, pero tengan una diferencia de casi un orden de magnitud en el desgarro".

Actualmente, los investigadores están explorando la posibilidad de utilizar esta estrategia para aumentar la dureza de otros materiales, como el caucho.

Craig dijo: "Hay mucho que explorar aquí sobre qué nivel de mejora se puede obtener en otros tipos de materiales y cuál es la mejor manera de aprovecharlo".

El Centro de Química de Redes Molecularmente Optimizadas, que recibe financiación de la Fundación Nacional de Ciencias, es donde se aloja el trabajo del grupo sobre la resistencia de los polímeros. Bajo la dirección de Craig, este Centro tiene como objetivo investigar cómo las características moleculares de las redes poliméricas afectan a su comportamiento físico.

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