I ricercatori dell'Università Ben-Gurion del Negev hanno sviluppato un materiale "intelligente", simile alla plastica, che rimane liquido finché non viene attivato dalla luce o da un leggero calore, consentendo una produzione, una stampa e una riparazione più sicure ed efficienti.
Creata in israele una plastica che si attiva grazie alla luce
La scoperta, pubblicata sulla rivista peer-reviewed Nature Chemistry, introduce una nuova classe di monomeri latenti: elementi costitutivi liquidi stabili che rimangono dormienti per settimane e si solidificano solo quando vengono attivati. Questi materiali potrebbero semplificare i processi di polimerizzazione industriale, migliorare la flessibilità della stampa 3D e ridurre gli sprechi.
Questo lavoro, hanno detto i ricercatori, dimostra un nuovo modo di pensare a un problema generale nella scienza dei polimeri e, si spera, ispirerà gli scienziati del settore a considerare le sfide del loro lavoro con un nuovo punto di vista.
Invece di progettare un complesso catalizzatore dormiente – un approccio comune nel settore da decenni – il team Ben-Gurion ha integrato il meccanismo di accensione/spegnimento all'interno dei blocchi costitutivi della plastica. Questa innovazione elimina la necessità di sistemi catalizzatori fragili o costosi.
I nuovi liquidi contengono tre ingredienti chiave: elementi costitutivi che possono unirsi tra loro formando lunghe catene simili alla plastica; un catalizzatore industriale standard che guida la reazione di formazione della catena; e minuscole nanoparticelle d'oro che agiscono come riscaldatori microscopici quando illuminate con luce nel vicino infrarosso.
Questi monomeri latenti sono costituiti da piccole molecole chiamate norbornadieni, che possono essere aperte e collegate in lunghe catene mediante un metodo standard di produzione della plastica chiamato ROMP (polimerizzazione per metatesi con apertura di anello).
Quando vengono esposti alla luce UV, si trasformano in una forma diversa chiamata quadriciclano, che si trova sostanzialmente nello stato "dormiente": è inattivo e non forma catene. Successivamente, un leggero riscaldamento con minuscole nanoparticelle d'oro trasforma il quadriciclano in uno stato "attivo", formando il norbornadiene reattivo, così che la formazione delle catene possa riprendere quando necessario.
Poiché non accade nulla finché non viene attivata la ''trasformazione'', i produttori potrebbero in linea di principio conservare e spedire una formulazione liquida pronta all'uso per settimane senza che si addensi o indurisca; riempire, rivestire o stampare prima le parti e solo dopo attivare la polimerizzazione in aree selezionate utilizzando modelli di luce o maschere; e ridurre gli sprechi e il consumo di energia evitando la necessità di miscelare costantemente lotti freschi o di riscaldare interi volumi per lunghi periodi.
Lo studio dimostra inoltre che l'idea di blocchi costitutivi intercambiabili può fare molto di più che semplicemente accendere e spegnere una reazione. Combinando blocchi costitutivi attivi fin dall'inizio con altri che rimangono inattivi fino al riscaldamento, il team può realizzare plastiche le cui catene presentano due sezioni distinte, ottenendo materiali con proprietà combinate in un unico prodotto.