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Aug 28, 2023

Los enlaces débiles forman polímeros fuertes

Sorprendentemente, un material con algunas uniones que se rompen más fácilmente es más difícil de romper. Químicos del MIT y la Universidad de Duke han descubierto una forma contradictoria de fortalecer los polímeros. Trabajando con

Sorprendentemente, un material con algunas uniones que se rompen más fácilmente es más difícil de romper.

Químicos del MIT y la Universidad de Duke han descubierto una forma contradictoria de fortalecer los polímeros.

Trabajando con elastómeros de poliacrilato, que son redes poliméricas hechas de hebras de acrilato unidas mediante moléculas de enlace, los investigadores descubrieron que podían aumentar la resistencia de los materiales al desgarro hasta casi diez veces usando un tipo de conector más débil para unir parte del polímero. bloques de construcción.

Polímeros como estos se utilizan comúnmente en piezas de automóviles y como “tinta” para objetos impresos en 3D. Los investigadores ahora están explorando aplicaciones de este enfoque a otros materiales, como el caucho.

"Si se pudiera hacer un neumático de caucho 10 veces más resistente al desgarro, eso podría tener un impacto dramático en la vida útil del neumático y en la cantidad de desechos microplásticos que se desprenden", dice Jeremiah Johnson, profesor de química en el MIT y uno de los autores principales del estudio.

Una ventaja significativa de este enfoque es que no parece alterar ninguna otra propiedad física de los polímeros, como la resistencia a la descomposición cuando se calienta.

“Los ingenieros de polímeros saben cómo hacer que los materiales sean más resistentes, pero invariablemente implica cambiar alguna otra propiedad del material que no se desea cambiar. Aquí, la mejora de la dureza se produce sin ningún otro cambio significativo en las propiedades físicas, al menos eso que podemos medir”, dice Stephen Craig, profesor de química en la Universidad de Duke y otro autor principal.

El proyecto fue una continuación de un estudio de 2021 en el que Craig, el profesor de Duke Michael Rubinstein y el profesor del MIT Bradley Olsen midieron la resistencia de las redes de polímeros estelares, que están hechas de dos tipos de bloques de construcción: una forma de estrella con cuatro brazos y un enlazador que se une al final de cada brazo, creando una estructura similar a una red. Como era de esperar, cuando se utilizaron enlaces finales más débiles para mantener unidas las hebras de polímero, el material se volvió más débil.

En el nuevo trabajo, los investigadores investigaron un tipo diferente de red en la que las hebras de polímero están entrecruzadas con otras hebras en ubicaciones aleatorias en lugar de estar unidas por los extremos. Esta vez, el uso de enlazadores más débiles hizo que el material fuera mucho más resistente al desgarro.

La razón, creen los investigadores, es que los enlaces más débiles se distribuyen aleatoriamente como uniones entre hebras que de otro modo serían fuertes en todo el material. Cuando este material se estira hasta el punto de rotura, cualquier grieta que se propague a través de él intenta evitar los enlaces más fuertes y, en su lugar, atraviesa los enlaces más débiles. Esto significa que la grieta tiene que romper más enlaces que si todos los enlaces tuvieran la misma fuerza.

“Aunque esos vínculos son más débiles, termina siendo necesario romper una mayor cantidad de ellos, porque la grieta sigue un camino a través de los vínculos más débiles, lo que termina siendo un camino más largo”, dice Johnson.

De hecho, los poliacrilatos que incorporaban algunos enlazadores más débiles eran entre nueve y diez veces más difíciles de romper que los poliacrilatos fabricados con moléculas de entrecruzamiento más fuertes, incluso cuando los entrecruzadores débiles constituían sólo alrededor del 2% del material.

"Es bastante raro que dos materiales tengan la misma estructura y las mismas propiedades a nivel de red, pero tengan una diferencia de casi un orden de magnitud en el desgarro", dice Johnson.

Esta historia fue parte de nuestra edición de septiembre/octubre de 2023.

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