Basta aggiungere sale: ingegneri e chimici creano polimeri stampati in 3D che si degradano più rapidamente
Ingegneria A&M del Texas
Un team di ricercatori sta utilizzando anidride carbonica e sale da cucina per rendere i polimeri stampati in 3D più rispettosi dell’ambiente attraverso un processo che consente ai polimeri di degradarsi naturalmente nel tempo.
La ricerca guidata da Emily Pentzer, professore associato presso il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali e il Dipartimento di Chimica della Texas A&M University, è uno sforzo collaborativo che comprende ricercatori del College of Engineering, della Texas A&M Engineering Experiment Station, del Dipartimento di Chimica e l’Università del Kashmir.
La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Angewandte Chemie .
“Il nostro obiettivo era creare strutture polimeriche degradabili sostenibili”, ha affermato Pentzer. “Lo abbiamo fatto sfruttando le microstrutture offerte dalla chimica insieme alle macrostrutture offerte dalla stampa 3D”.
La maggior parte dei polimeri sintetici commerciali è costituita da grandi molecole che non si rompono in condizioni normali. Quando vengono lasciati nell’ambiente, oggetti fabbricati come bicchieri di gommapiuma o contenitori di plastica si rompono in piccoli pezzi che non si vedono ad occhio nudo, ma le lunghe molecole di polimero rimangono presenti per sempre.
“Non è solo la bottiglia di plastica che viene lanciata lungo la strada”, ha detto Pentzer. “Questi materiali si scompongono in microplastiche che rimangono nell’ambiente. Non comprendiamo appieno l’impatto delle microplastiche, ma è stato dimostrato che sono portatrici di malattie, metalli pesanti e batteri fecali”.
Per realizzare i polimeri degradabili, Pentzer ha collaborato con Don Darensbourg, Distinguished Professor presso il Dipartimento di Chimica della Texas A&M, per utilizzare anidride carbonica e sale da tavola per creare l’inchiostro utilizzato nel processo di stampa 3D. Dopo la stampa, le strutture vengono lavate con acqua per sciogliere il sale e solidificare la struttura. Mentre l’esterno della struttura continua ad apparire liscio, il processo crea migliaia di piccoli pori che consentono ai composti chimici di degradarsi più rapidamente.
“Nelle giuste condizioni, i polimeri che abbiamo creato si degraderanno rapidamente”, ha affermato Pentzer. “Idealmente, si rompono in piccole molecole che non sono tossiche. Queste molecole più piccole non saranno in grado di trasportare cose come metalli pesanti o batteri».
Copolimeri triblocco a base di CO 2 stampati in 3D e modifica post-stampa
Il dottor Peiran Wei, Dott. Gulzar A. Bhat, Ciera E. Cipriani, Hamza Mohammed, Krista Schoonover, prof. Emily B. Pentzer, prof. Donald J. Darensbourg
I policarbonati triblocco degradabili a base di CO 2 con proprietà termiche e meccaniche su misura sono stati sintetizzati tramite una strategia one-pot, in due fasi. Disperdendo particelle di NaCl in soluzioni polimeriche, gli inchiostri tissotropici possono essere formulati e stampati in 3D. La successiva rimozione del riempitivo produce strutture porose. I gruppi pendenti alchenici sulla struttura portante del polimero possono essere ulteriormente modificati mediante funzionalizzazione e reticolazione della superficie tiolo-enica indotta da UV.
Riportiamo la facile sintesi e la stampa 3D di una serie di copolimeri a tre blocchi costituiti da blocchi morbidi e duri e dimostriamo che i gruppi pendenti alchenici del blocco duro possono essere modificati in modo covalente. I polimeri vengono preparati utilizzando un sistema di catalizzatore binario salenCo(III)TFA/PPNTFA e 1,2-propandiolo come agente di trasferimento della catena, fornendo un’efficiente strategia one-pot, in due fasi per adattare le proprietà termiche e meccaniche del polimero. Gli inchiostri tissotropici adatti per la stampa a scrittura diretta con inchiostro sono stati formulati sciogliendo i copolimeri a blocchi in solvente organico e disperdendo particelle di NaCl. Dopo la stampa, le strutture porose sono state prodotte rimuovendo solvente e NaCl con acqua per ottenere strutture stampate con superfici che potevano essere modificate tramite reazioni tiolo-ene click avviate da UV. In alternativa,
