Notícia

Ligações mais fracas podem tornar os polímeros mais fortes

Divulgação, MIT News

Fonte

MIT | Instituto de Tecnologia de Massachusetts

Data

sábado, 24 junho 2023 18:15

Áreas

Biomecânica. Ciência dos Materiais. Engenharia Biomédica. Manufatura Aditiva.

Uma equipe de químicos do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e da Universidade Duke, nos Estados Unidos, descobriu uma maneira contra-intuitiva de tornar os polímeros mais fortes: introduzir algumas ligações mais fracas no material.

Trabalhando com um tipo de polímero conhecido como elastômero de poliacrilato, os pesquisadores descobriram que poderiam aumentar em até dez vezes a resistência dos materiais ao rasgamento, simplesmente usando um tipo mais fraco de reticulador para unir alguns dos blocos de construção do polímero.

Esses polímeros semelhantes à borracha são comumente usados em peças de carros e também são frequentemente usados como ‘tinta’ para objetos impressos em 3D. Os pesquisadores agora exploram a possível expansão dessa abordagem para outros tipos de materiais.

“Se você pudesse fazer um pneu de borracha 10 vezes mais resistente ao rasgo, isso poderia ter um impacto dramático na vida útil do pneu e na quantidade de resíduos microplásticos”, disse o Dr. Jeremiah Johnson, professor de química no MIT e um dos autores principais do estudo, publicado na revista Science.

Uma vantagem significativa dessa abordagem é que ela não parece alterar nenhuma das outras propriedades físicas dos polímeros.

“Os engenheiros de polímeros sabem como tornar os materiais mais resistentes, mas isso invariavelmente envolve a alteração de alguma outra propriedade do material que você não deseja alterar. Aqui, o aumento da tenacidade ocorre sem qualquer outra alteração significativa nas propriedades físicas – pelo menos que possamos medir – e é obtido com a substituição de apenas uma pequena fração do material total”, disse o Dr. Stephen Craig, professor de química da Universidade Duke e também autor sênior do artigo.

O elo mais fraco

Elastômeros de poliacrilato são redes de polímeros feitas de fios de acrilato mantidos unidos por moléculas de ligação. Esses blocos de construção podem ser unidos de diferentes maneiras para criar materiais com propriedades diferentes.

Uma arquitetura frequentemente usada para esses polímeros é uma rede de polímeros em estrela. Esses polímeros são feitos de dois tipos de blocos de construção: um, uma estrela com quatro braços idênticos, e o outro uma cadeia que atua como ligante. Esses ligantes se unem ao final de cada braço das estrelas, criando uma rede que lembra uma rede de vôlei.

Em um estudo de 2021, os pesquisadores se uniram para medir a resistência desses polímeros. Como eles esperavam, eles descobriram que quando os ligantes de extremidade mais fracos eram usados para manter os fios de polímero juntos, o material ficava mais fraco. Esses ligantes mais fracos, que contêm moléculas cíclicas conhecidas como ciclobutanos, podem ser quebrados com muito menos força do que os ligantes que geralmente são usados para unir esses blocos de construção.

Como acompanhamento desse estudo, os pesquisadores decidiram investigar um tipo diferente de rede polimérica na qual os filamentos de polímero são reticulados a outros filamentos em locais aleatórios, em vez de serem unidos nas extremidades.

Desta vez, quando os pesquisadores usaram ligantes mais fracos para unir os blocos de construção de acrilato, eles descobriram que o material se tornou muito mais resistente ao rasgamento.

Isso ocorre, acreditam os pesquisadores, porque as ligações mais fracas são distribuídas aleatoriamente como junções entre fios fortes em todo o material, em vez de fazerem parte dos próprios fios finais. Quando este material é esticado até o ponto de ruptura, quaisquer falhas que se propaguem através do material tentam evitar as ligações mais fortes e passam pelas ligações mais fracas. Isso significa que a falha precisa quebrar mais ligações do que faria se todas as ligações tivessem a mesma força.

“Mesmo que esses laços sejam mais fracos, mais deles acabam precisando ser quebrados, porque a falha faz um caminho pelos laços mais fracos, que acaba sendo um caminho mais longo”, concluiu o professor Jeremiah Johnson.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (em inglês).

Fonte: Anne Trafton, MIT News Office. Imagem: À medida que a rede de polímero é esticada, as ligações cruzadas mais fracas (em azul) rompem mais facilmente do que qualquer um dos fios de polímero fortes, tornando mais difícil a propagação de uma falha através do material. Fonte: Divulgação, MIT News.

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