Les plastiques recyclables qui contiennent des polymères en forme d'anneau peuvent être la clé du développement de matériaux synthétiques durables. Malgré quelques avancées prometteuses, les chercheurs ont dit, une compréhension complète de la façon de transformer les polymères en anneaux en matériaux pratiques reste insaisissable. Dans une nouvelle étude, les chercheurs ont identifié un mécanisme appelé "filetage" qui se produit lorsqu'un polymère est étiré, un comportement jamais vu auparavant. Cette nouvelle idée peut conduire à de nouvelles méthodes de traitement pour les matériaux polymères durables.

La plupart des plastiques de consommation sont des mélanges de polymères linéaires. Le concept de plastiques fabriqués uniquement à partir de polymères annulaires - des molécules qui forment un anneau fermé - présente une opportunité séduisante pour la durabilité, comme le montre le groupe Autonomous Materials Systems du Beckman Institute for Advanced Science and Technology. Une fois qu'une liaison simple maintenant les polymères de l'anneau se brise, la molécule entière se désagrège, conduisant à la désintégration à la demande. Cependant, transformer ces polymères en matériaux pratiques reste un défi, les chercheurs ont dit.

Une étude menée en 2013 par l'Université de l'Illinois a montré que les polymères annulaires pouvaient être brisés par la chaleur, mais cela a un prix :les plastiques résultants deviendraient probablement instables et commenceraient à se décomposer prématurément.

Dans la nouvelle étude, Les chercheurs de l'U. of I. Charles Schroeder et Yuecheng (Peter) Zhou examinent la dynamique d'écoulement des solutions de polymères linéaires et annulaires à base d'ADN pour découvrir des indices sur la façon dont les polymères synthétiques interagissent pendant le traitement. Leurs conclusions sont publiées dans la revue Communication Nature .

"Nous manquons de compréhension fondamentale de la façon dont les polymères annulaires s'étirent et se déplacent dans le flux tout en naviguant autour d'autres chaînes polymères voisines. Ce travail nous a permis de sonder ces questions au niveau moléculaire, " dit Schroeder, professeur de génie chimique et biomoléculaire, Chercheur de l'Institut Beckman et co-auteur de l'étude.

Dans le laboratoire de Schroeder, les chercheurs étirent et pressent des polymères, provoquant leur écoulement et permettant l'observation directe du comportement de molécules individuelles en utilisant la microscopie à fluorescence à molécule unique.

"Il y a une fluctuation dans la forme des polymères cycliques et cela dépend de la concentration de polymères linéaires dans la solution, " dit Zhou, un étudiant diplômé, Chercheur de l'Institut Beckman et auteur principal de l'étude. "Nous ne voyons pas ce comportement dans les solutions pures de polymères annulaires ou linéaires, cela nous indique donc que quelque chose d'unique se produit dans les solutions mixtes. »

En utilisant une combinaison d'observations directes de molécules uniques et de mesures physiques, l'équipe a conclu que les changements de forme des polymères annulaires se produisent parce que les molécules linéaires s'enfilent à travers les molécules annulaires lorsqu'elles sont stressées, provoquant la fluctuation de la forme de l'anneau sous l'écoulement du fluide.

« Nous avons observé ce comportement même lorsqu'il y a une très faible concentration de polymères linéaires dans le mélange, ", a déclaré Zhou. "Cela suggère qu'il suffit d'un niveau de contamination très infime pour provoquer ce phénomène."

Cet enfilage de polymères linéaires à travers des polymères annulaires pendant la contrainte est quelque chose qui avait été théorisé auparavant, en utilisant des études à grande échelle des propriétés physiques, mais maintenant il a été observé à l'échelle moléculaire, les chercheurs ont dit.

"Les études en masse masquent généralement l'importance de ce qui se passe à plus petite échelle, " a déclaré Schroeder.

La façon dont ces observations se traduiront par le développement ultérieur de plastiques de consommation durables reste incertaine, les chercheurs ont dit. Cependant, tout aperçu des propriétés moléculaires fondamentales des solutions de polymères mixtes est un pas dans la bonne direction.

"Pour faire des plastiques polymères à anneaux purs une réalité, nous devons comprendre à la fois les solutions mixtes et pures à un niveau fondamental, " a déclaré Schroeder. " Une fois que nous pourrons comprendre comment ils fonctionnent, Ensuite, nous pouvons passer à leur synthèse et finalement à leur utilisation dans des plastiques de consommation durables. »