Químicos desenvolvem materiais plásticos inteligentes que utilizam luz ou calor suave para serem activados
Estes resultados põem em causa décadas de trabalho sobre catalisadores "adormecidos", utilizando "monómeros latentes", blocos de construção líquidos estáveis que solidificam apenas a pedido
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Químicos da Universidade Ben-Gurion do Negev desenvolveram um polímero "inteligente" que poderá tornar a cura industrial, a impressão 3D e as reparações mais simples, mais seguras e mais eficientes do ponto de vista energético, com materiais cujas propriedades podem ser ajustadas de acordo com a aplicação pretendida. As suas descobertas foram publicadas no mês passado na revista Nature Chemistry.
Prof. Yossi Weizmann
Amit Paor/BGU
Durante cerca de trinta anos, os investigadores que tentaram controlar quando e onde os plásticos endurecem centraram-se na conceção de catalisadores especiais "adormecidos", moléculas que permanecem inactivas até serem desencadeadas pela luz, calor ou outro sinal. Estes catalisadores são frequentemente sensíveis, caros e difíceis de manusear.
A equipa da BGU inverteu esta lógica, como descreveu o estudante de doutoramento Nir Lemcoff, um dos principais autores do artigo: "Este trabalho demonstra uma nova forma de pensar sobre um problema geral na ciência dos polímeros e espera-se que inspire os cientistas da área a olhar para os desafios do seu próprio trabalho com um novo ponto de vista".
Em vez de tentarem colocar o interrutor de ligar/desligar no catalisador, esconderam-no dentro dos próprios blocos de construção do plástico, criando os chamados "monómeros latentes". Estes são blocos de construção líquidos estáveis que permanecem inactivos durante semanas. Estes blocos de construção líquidos estáveis permanecem inactivos durante semanas e só se transformam num material sólido semelhante ao plástico quando expostos à luz ou a um aquecimento suave.
Estes novos monómeros latentes são construídos a partir de pequenas moléculas chamadas norbornadienes. Os norbornadienes podem ser abertos e ligados em cadeias longas através de um método normal de fabrico de plásticos chamado ROMP (polimerização por metátese com abertura de anel). Quando são iluminados por luz UV, transformam-se numa forma diferente chamada quadriciclano, que é basicamente o estado "desligado": está inativo e não constrói cadeias. Mais tarde, um ligeiro aquecimento com minúsculas nanopartículas de ouro liga novamente o quadriciclano ao norbornadieno reativo, para que a formação de cadeias possa recomeçar a pedido. Uma vez que os químicos podem facilmente produzir muitos norbornadienos diferentes, este sistema comutável poderá dar origem a centenas de novos materiais semelhantes ao plástico, incluindo alguns que são muito difíceis de produzir com os métodos actuais.
Em vez de um catalisador "adormecido", criámos blocos de construção "adormecidos" do próprio material", explica o Prof. Yossi Weizmann, do Departamento de Química da Universidade Ben-Gurion, que liderou o estudo. Yossi Weizmann, do Departamento de Química da Universidade de Ben-Gurion, que liderou o estudo. "A mistura pode ficar tranquilamente na prateleira durante semanas e só se transforma num sólido quando a luz incide sobre ela ou a aquece. Este tipo de cura a pedido e impulsionada pela luz pode tornar os processos de produção industrial, impressão e reparação mais seguros, mais simples e mais eficientes em termos energéticos".
Os novos líquidos contêm três ingredientes principais:
- Blocos de construção que se podem ligar em longas cadeias semelhantes a plástico
- Um catalisador industrial normalizado que impulsiona a reação de formação da cadeia
- Pequenas nanopartículas de ouro que actuam como aquecedores microscópicos quando iluminadas com luz infravermelha próxima
No seu estado "adormecido", os monómeros latentes estão bloqueados numa forma que não reage, apesar de o catalisador já estar presente. Quando os investigadores iluminam as nanopartículas de ouro, aquecem o seu ambiente imediato e transformam os monómeros numa forma "ativa" que rapidamente se liga num material sólido. O mesmo interrutor também pode ser acionado por aquecimento convencional, mas não tão eficazmente.
Uma vez que nada acontece até que o gatilho seja acionado, os fabricantes poderiam, em princípio:
- Armazenar e enviar uma formulação líquida pronta a utilizar durante semanas sem que esta engrosse ou endureça
- Preencher, revestir ou imprimir peças primeiro e só depois ativar a cura em regiões selecionadas utilizando padrões de luz ou máscaras
- Reduzir o desperdício e a utilização de energia, evitando a necessidade de misturar constantemente novos lotes ou aquecer volumes inteiros durante longos períodos
O estudo também mostra que esta ideia de blocos de construção comutáveis pode fazer muito mais do que simplesmente ligar e desligar uma reação. Ao misturar blocos de construção que estão activos desde o início com outros que permanecem adormecidos até serem aquecidos, a equipa pode produzir plásticos cujas cadeias têm duas secções diferentes, o que dá origem a materiais com propriedades combinadas num só produto. Podem também começar por criar um material macio que seja fácil de moldar e, mais tarde, transformá-lo num sólido mais resistente e durável, tudo num único processo.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
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