La svolta molecolare aumenta la durata della plastica

Inserito da Staff | 30 agosto 2023

La plastica in genere si espande e si contrae se esposta ripetutamente a temperature calde e fredde, compromettendone la durata in una vasta gamma di applicazioni. Gli additivi possono mitigare questo problema, ma la maggior parte dei prodotti combina materiali diversi e la gestione dei riempitivi per compensare la mancata corrispondenza dell’espansione termica diventa complicata. I ricercatori dei Sandia National Laboratories potrebbero avere una soluzione: tutto inizia a livello molecolare.

Il team ha modificato una molecola in modo che possa essere facilmente incorporata in un polimero per modificarne le proprietà. Quando la molecola viene riscaldata, si contrae invece di espandersi subendo un cambiamento nella sua forma, ha spiegato la leader del gruppo di ricerca Erica Redline, scienziata dei materiali.

“Quando [la molecola viene] aggiunta a un polimero, fa sì che quel polimero si contragga meno, raggiungendo valori di espansione e contrazione simili a quelli dei metalli. Avere una molecola che si comporta come un metallo è davvero notevole”, ha affermato Redline.

Uno dei maggiori fattori di deterioramento del materiale è l'esposizione ripetuta alle temperature calde e fredde e viceversa. La maggior parte dei materiali si espande quando viene riscaldata e si contrae quando viene raffreddata, ma ogni materiale ha la propria velocità di cambiamento. I polimeri, ad esempio, si espandono e si contraggono maggiormente, mentre i metalli e la ceramica si contraggono di meno.

Le complicazioni si verificano quando in un prodotto vengono utilizzati più materiali, come spesso accade.

"Prendi ad esempio il tuo telefono, che ha un involucro di plastica, accoppiato a uno schermo di vetro, e al suo interno, i metalli e la ceramica che compongono i circuiti", ha detto Redline. "Questi materiali sono tutti avvitati, incollati o in qualche modo legati insieme e inizieranno ad espandersi e contrarsi a velocità diverse, esercitando sollecitazioni reciproche che possono causarne la rottura o la deformazione nel tempo."

“Ho pensato: e se avessi creato un materiale perfetto? Come sarebbe”, ha detto Redline.

Redline pensa di avercela fatta, con l'aiuto del suo team: Chad Staiger, Jason Dugger, Eric Nagel, Koushik Ghosh, Jeff Foster, Kenneth Lyons, Alana Yoon e i collaboratori dell'alleanza accademica, il professor Zachariah Page e la studentessa laureata Meghan Kiker.

"La molecola non solo risolve i problemi attuali, ma apre in modo significativo lo spazio di progettazione per ulteriori innovazioni in futuro", ha affermato Dugger, un ingegnere chimico di Sandia che ha esaminato potenziali applicazioni, in particolare nei sistemi di difesa.

L'invenzione può anche essere incorporata in diverse parti di un polimero in percentuali diverse per la stampa 3D.

"Potresti stampare una struttura con determinati comportamenti termici in un'area e altri comportamenti termici in un'altra per abbinare i materiali in diverse parti dell'oggetto", ha detto Dugger.

La molecola ha anche un potenziale in applicazioni di alleggerimento e formulazioni adesive.

Attualmente, la molecola viene prodotta solo in piccole quantità: ci vogliono circa 10 giorni per produrne tra 7 e 10 grammi.

Il team sta lavorando per ridurre le fasi di produzione utilizzando un finanziamento di 100.000 dollari attraverso il programma di maturazione tecnologica di Sandia, che aiuta a preparare i prodotti per il mercato.

"Il mio ruolo è vedere se esiste un modo più semplice per realizzarlo a livello commerciale", ha affermato il postdoc Eric Nagel. “Non c’è niente di simile là fuori. Sono davvero entusiasta delle possibilità offerte da questa tecnologia e delle applicazioni che potrebbero essere associate a essa”.

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