Forskare vid FAMU-FSU College of Engineering har gjort nya upptäckter om temperaturens effekter på hållbara polymerer. Deras resultat kan hjälpa industrin att producera plast som är bättre för miljön.

"Plast tillverkad av petroleum, en icke-förnybar resurs, stanna för länge i vårt land och vatten när de kastas, "sa Rufina Alamo, professor vid Institutionen för kemisk och biomedicinsk teknik. "Vi undersöker hur hållbara polymerer värms och kyls så att vi kan producera mer" miljövänlig "plast."

Alamo och tidigare doktorand Xiaoshi Zhang, nu postdoktor vid Penn State, publicerade nyligen arbetet i en serie papper som fokuserar på kristallisering av "gröna" polymerer. Den senaste artikeln visas som omslagsartikel i Makromolekyler , en ledande tidskrift för polymervetenskap.

"Det finns en världsomspännande motivation att förändra hur den största volymen av plast tillverkas, "Alamo sa." Polymerkemister och fysiker arbetar hårt för att producera ersättningsmaterial för att få bukt med problematiskt plastavfall. "

Att bestämma rätt temperatur för bearbetning är nyckeln till att producera bättre material som hjälper forskare att ersätta billiga polymerer tillverkade av petroleum med ekonomiskt livskraftiga, hållbara polymerer.

"Hur polymeren smälts och kyls för att få önskad form är viktigt, "Alamo sa." Vi försöker förstå kristalliseringens invecklingar för att ytterligare förstå transformationsprocessen. "

Teamet studerar en typ av polymer som kallas "långväga polyacetaler, "som används i plast. Syntetiserat i ett laboratorium vid universitetet i Konstanz i Tyskland, de långväga polyacetaler som Alamos team använde kommer från hållbar biomassa. De innehåller en ryggrad av polyeten kopplad till acetalgrupper på exakt lika stora avstånd. Strukturen kombinerar segheten hos polyeten med den hydrolytiska nedbrytbarheten hos acetalgruppen. Denna typ av polymer är stark men går lättare sönder med vatten än traditionella polymerer.

"Vad vi upptäckte är att dessa typer av polymerer kristalliserar på ett ovanligt sätt när de kyls efter smältning, "Sa Alamo.

Under kylningsprocessen, molekyler som ser ut som lockiga strängar av spagetti av smält plast, lossnar och bildar kristaller och är ansvariga för det slutliga materialets seghet. Alamos grupp visade att polymerkristallisation styrs av molekylära händelser som äger rum vid kristalltillväxtfronten.

Forskarna fann att när de svalnade snabbt, dessa polyacetaler blir hårda och kristallina, och molekylerna självmonteras i en typ av kristall benämnd "Form I." När den svalnat långsamt, materialet är också mycket kristallint, men de kristaller som bildas är ganska olika och kallas "Form II". Vid kylning vid mellantemperaturer, materialet stelnar inte alls. Detta fenomen har aldrig observerats i några andra kristallina polymerer, enligt forskarna.

"För att kristaller ska bildas, en energibarriär måste först övervinnas, "Alamo sa." Vid låga temperaturer, kristaller bildas lätt. Vid höga temperaturer, kristaller är mer stabila, och vid mellantemperaturer, kristallerna tävlar om att bilda, och materialet kan inte stelna. "

"Detta är en viktig upptäckt eftersom det är en viktig nyckel för att förstå hur plasten vi använder blir fasta, "sa hon." Vi vill ge industrin de bästa omvandlingsprocesserna som möjligt. Vi vill ha hållbar plast som inte vrider sig eller har svårt att stelna. "

Forskningen kan ge nya sätt att tillverka plast som blir mer ekonomisk att producera och hållbar.