Forskere hjælper med at udvikle bæredygtige polymerer

Forskere ved FAMU-FSU College of Engineering har gjort nye opdagelser om temperaturens indvirkning på bæredygtige polymerer. Deres fund kan hjælpe industrien med at producere plast, der er bedre for miljøet.

"Plast fremstillet af råolie, en ikke-fornyelig ressource, forbliver for længe i vores land og vand, når de kasseres, "sagde Rufina Alamo, professor i Institut for Kemisk og Biomedicinsk Teknik. "Vi undersøger, hvordan bæredygtige polymerer opvarmes og afkøles, så vi kan producere mere 'miljøvenlig' plast."

Alamo og tidligere doktorand Xiaoshi Zhang, nu postdoktor i Penn State, for nylig offentliggjort værket i en række papirer, der fokuserer på krystallisation af "grønne" polymerer. Det seneste papir vises som omslagsartikel i Makromolekyler , et førende tidsskrift for polymervidenskab.

"Der er en verdensomspændende motivation til at omdanne, hvordan den største mængde plast fremstilles, "Alamo sagde." Polymerkemikere og fysikere arbejder hårdt på at producere substituerende materialer for at afslutte problematisk plastaffald. "

Bestemmelse af den korrekte temperatur til forarbejdning er nøglen til at producere bedre materialer, der hjælper forskere med at erstatte billige polymerer fremstillet af råolie med økonomisk levedygtige, bæredygtige polymerer.

"Hvordan polymeren smeltes og afkøles for at få den ønskede form er vigtig, "Alamo sagde." Vi forsøger at forstå krystallisationens forviklinger for yderligere at forstå transformationsprocessen. "

Teamet studerer en type polymer kaldet "polyacetaler med lang afstand, "der bruges i plast. Syntetiseret i et laboratorium ved universitetet i Konstanz i Tyskland, de langstrakte polyacetaler, Alamos team brugte, stammer fra bæredygtig biomasse. De indeholder en polyethylen -rygrad, der er forbundet med acetalgrupper på præcise lige store afstande. Strukturen kombinerer hårdheden af ​​polyethylen med den hydrolytiske nedbrydelighed af acetalgruppen. Denne type polymer er stærk, men går lettere fra hinanden med vand end traditionelle polymerer.

"Det, vi opdagede, er, at disse typer polymerer krystalliserer på en usædvanlig måde, når de afkøles efter smeltning, "Sagde Alamo.

Under køleprocessen, molekyler, der ligner krøllede tråde af spaghetti af smeltet plast, løsner sig til dannelse af krystaller og er ansvarlige for det endelige materiales sejhed. Alamos gruppe viste, at polymerkrystallisation styres af molekylære begivenheder, der finder sted ved krystalvækstfronten.

Forskerne fandt ud af, at når de var hurtigt afkølet, disse polyacetaler bliver seje og krystallinske, og molekylerne samler sig selv i en type krystal betegnet "form I." Når den langsomt afkøles, materialet er også meget krystallinsk, men de dannede krystaller er ganske forskellige og kaldes "Form II". Ved afkøling ved mellemtemperaturer, materialet størkner slet ikke. Dette fænomen er aldrig blevet observeret i andre krystallinske polymerer, ifølge forskerne.

"For at der dannes krystaller, en energibarriere skal først overvindes, "Sagde Alamo." Ved lave temperaturer, krystaller dannes let. Ved høje temperaturer, krystaller er mere stabile, og ved mellemtemperaturer krystallerne konkurrerer om at danne, og materialet kan ikke størkne. "

"Dette er en væsentlig opdagelse, fordi det er en vigtig nøgle til at forstå, hvordan den plast, vi bruger, bliver til faste stoffer, "sagde hun." Vi ønsker at give industrien de bedst mulige transformationsprocesser. Vi vil have bæredygtig plast, der ikke vrider sig eller har svært ved at størkne. "

Forskningen kan give nye måder at fremstille plast, der vil være mere økonomisk at producere og bæredygtig.