Des chercheurs du FAMU-FSU College of Engineering ont fait de nouvelles découvertes sur les effets de la température sur les polymères durables. Leurs découvertes pourraient aider l'industrie à produire des plastiques meilleurs pour l'environnement.

"Plastiques à base de pétrole, une ressource non renouvelable, restent trop longtemps dans notre terre et dans l'eau lorsqu'ils sont jetés, " dit Rufina Alamo, professeur au Département de génie chimique et biomédical. "Nous recherchons comment les polymères durables sont chauffés et refroidis afin que nous puissions produire des plastiques plus "écologiques".

Alamo et l'ancien doctorant Xiaoshi Zhang, maintenant chercheur postdoctoral à Penn State, a récemment publié le travail dans une série d'articles qui se concentrent sur la cristallisation des polymères « verts ». Le dernier article apparaît comme l'article de couverture dans Macromolécules , une revue de premier plan pour la science des polymères.

« Il existe une motivation mondiale pour transformer la façon dont le plus grand volume de plastique est fabriqué, ", a déclaré Alamo. "Les chimistes et les physiciens des polymères travaillent dur pour produire des matériaux de substitution pour mettre fin aux déchets plastiques problématiques."

Déterminer la température correcte pour le traitement est essentiel pour produire de meilleurs matériaux qui aideront les scientifiques à remplacer les polymères bon marché fabriqués à partir de pétrole par des polymères économiquement viables, polymères durables.

« La façon dont le polymère est fondu et refroidi pour obtenir la forme souhaitée est importante, " a déclaré Alamo. "Nous essayons de comprendre les subtilités de la cristallisation pour mieux comprendre le processus de transformation."

L'équipe étudie un type de polymère appelé « polyacétals à espacement long, " qui sont utilisés dans les plastiques. Synthétisés dans un laboratoire de l'Université de Constance en Allemagne, les polyacétals à espacement long utilisés par l'équipe d'Alamo sont issus de la biomasse durable. Ils contiennent un squelette de polyéthylène lié à des groupes acétal à des distances égales précises. La structure combine la ténacité du polyéthylène avec la dégradabilité hydrolytique du groupe acétal. Ce type de polymère est résistant mais se brise plus facilement avec l'eau que les polymères traditionnels.

"Ce que nous avons découvert, c'est que ces types de polymères cristallisent de manière inhabituelle lorsqu'ils sont refroidis après fusion, ", a déclaré Alamo.

Pendant le processus de refroidissement, des molécules qui ressemblent à des brins bouclés de spaghettis de plastique fondu se démêlent pour former des cristaux et sont responsables de la ténacité du matériau final. Le groupe d'Alamo a montré que la cristallisation des polymères est contrôlée par des événements moléculaires qui se déroulent au niveau du front de croissance cristalline.

Les chercheurs ont découvert que lorsqu'ils sont refroidis rapidement, ces polyacétals deviennent durs et cristallins, et les molécules s'auto-assemblent dans un type de cristal appelé "Forme I". Lorsqu'il est refroidi lentement, le matériau est également très cristallin, mais les cristaux formés sont assez différents et sont surnommés "Forme II". Lorsqu'il est refroidi à des températures intermédiaires, le matériau ne se solidifie pas du tout. Ce phénomène n'a jamais été observé dans aucun autre polymère cristallin, selon les chercheurs.

"Pour que des cristaux se forment, une barrière énergétique doit d'abord être surmontée, " dit Alamo. " A basse température, les cristaux se forment facilement. A hautes températures, les cristaux sont plus stables, et à des températures intermédiaires, les cristaux rivalisent pour se former, et le matériau ne peut pas se solidifier."

"C'est une découverte importante car c'est une clé importante pour comprendre comment les plastiques que nous utilisons deviennent solides, ", a-t-elle déclaré. "Nous voulons fournir à l'industrie les meilleurs processus de transformation possibles. Nous voulons des plastiques durables qui ne se déforment pas ou n'ont pas de difficulté à se solidifier."

La recherche peut fournir de nouvelles façons de fabriquer des plastiques qui seront plus économiques à produire et durables.