Avanço molecular aumenta a durabilidade dos plásticos

Postado pela equipe | 30 de agosto de 2023

O plástico normalmente se expande e contrai quando exposto repetidamente a temperaturas quentes e frias, afetando sua durabilidade em diversas aplicações. Os aditivos podem atenuar esse problema, mas a maioria dos produtos combina materiais diferentes, e o gerenciamento de enchimentos para compensar a incompatibilidade da expansão térmica fica complicado. Os pesquisadores dos Laboratórios Nacionais Sandia podem ter uma solução – tudo começa no nível molecular.

A equipe modificou uma molécula para que ela pudesse ser facilmente incorporada a um polímero para alterar suas propriedades. Quando a molécula é aquecida, contrai-se em vez de se expandir, sofrendo uma mudança na sua forma, explicou a líder da equipa de investigação, Erica Redline, cientista de materiais.

“Quando [a molécula é] adicionada a um polímero, faz com que esse polímero se contraia menos, atingindo valores de expansão e contração semelhantes aos dos metais. Ter uma molécula que se comporta como metal é bastante notável”, disse Redline.

Um dos maiores fatores na deterioração do material é a exposição repetida de temperaturas quentes a frias e vice-versa. A maioria dos materiais expande quando aquecido e contrai quando resfriado, mas cada material tem sua própria taxa de variação. Os polímeros, por exemplo, são os que mais se expandem e contraem, enquanto os metais e a cerâmica contraem menos.

As complicações surgem quando vários materiais são usados ​​em um produto, como é frequentemente o caso.

“Tomemos por exemplo o seu telefone, que possui uma caixa de plástico, acoplada a uma tela de vidro, e dentro dela, os metais e cerâmicas que compõem o circuito”, disse Redline. “Esses materiais são todos parafusados, colados ou de alguma forma ligados entre si e começarão a se expandir e a contrair em taxas diferentes, colocando tensões uns nos outros que podem causar rachaduras ou deformações com o tempo.”

“Eu pensei, e se eu invocasse um material perfeito. Como seria isso”, disse Redline.

Redline acha que conseguiu, com a ajuda de sua equipe: Chad Staiger, Jason Dugger, Eric Nagel, Koushik Ghosh, Jeff Foster, Kenneth Lyons, Alana Yoon e os colaboradores da aliança acadêmica Professor Zachariah Page e a estudante de graduação Meghan Kiker.

“A molécula não apenas resolve os problemas atuais, mas abre significativamente espaço de design para mais inovações no futuro”, disse Dugger, engenheiro químico da Sandia que tem observado aplicações potenciais, especialmente em sistemas de defesa.

A invenção também pode ser incorporada em diferentes partes de um polímero em diferentes percentagens para impressão 3D.

“Você poderia imprimir uma estrutura com determinados comportamentos térmicos em uma área e outros comportamentos térmicos em outra para combinar com os materiais em diferentes partes do item”, disse Dugger.

A molécula também tem potencial em aplicações de redução de peso e formulações adesivas.

Atualmente, a molécula está sendo produzida apenas em pequenas quantidades – leva cerca de 10 dias para produzir entre 7 e 10 gramas.

A equipe está trabalhando para reduzir as etapas de produção usando US$ 100 mil em financiamento por meio do programa de maturação tecnológica da Sandia, que ajuda a preparar produtos para o mercado.

“Meu papel é ver se existe uma maneira mais fácil de fazer isso em nível comercial”, disse o pós-doutorado Eric Nagel. “Não há nada igual lá fora. Estou realmente entusiasmado com as possibilidades do que esta tecnologia pode fazer e com as aplicações que podem estar associadas a ela.”

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