Investigadores del grupo de Química Sostenible Industrial, bajo la dirección del Prof. Gert-Jan Gruter, han logrado un avance significativo hacia la creación de poliésteres rígidos y totalmente de base biológica en un estudio reciente publicado en Nature Communications.
Para sortear la baja reactividad natural de los dioles secundarios de base biológica y crear poliésteres con excelentes propiedades mecánicas y térmicas y altos pesos moleculares, presentan una estrategia de síntesis sencilla pero creativa.
Con este enfoque, es posible ensamblar plásticos de base biológica, que son extremadamente robustos y duraderos, a partir de componentes que ya están en el mercado.
El estudio detallado en Nature Communications se realizó como parte del proyecto RIBIPOL, que contó con el apoyo del Consejo de Investigación holandés NWO e incluyó fondos de socios de la industria, incluidos LEGO y Avantium.
El primer autor del estudio es Daniel Weinland, Ph.D. estudiante que se graduó el 27 de octubre de 2022. El proyecto RIBIPOL involucra un total de cinco Ph.D. estudiantes, dos de los cuales recientemente defendieron con éxito sus tesis.
La rigidez es clave
En general, se utilizan pequeñas moléculas de dialcohol y diácido para crear plásticos de poliéster. Estos monómeros se unen en una reacción de condensación, produciendo una larga cadena polimérica de bloques de construcción moleculares alternos.
El número de bloques de construcción que forman la cadena polimérica y las cualidades inherentes de los monómeros contribuyen a las propiedades macroscópicas del material.
Su rigidez, en particular, es esencial para un plástico sólido, robusto y duradero. La isosorbida de dialcohol hecha de glucosa se destaca entre los posibles monómeros de base biológica en este sentido. Ya está disponible comercialmente y tiene una estructura molecular muy rígida.
Debido a la baja reactividad de la isosorbida, ha sido difícil producir poliésteres útiles basados en isosorbida durante los últimos 20 años. Para obtener cadenas de polímero lo suficientemente largas (para lograr una cierta ductilidad), era casi imposible hacerlo mientras se incorporaban cantidades suficientemente altas de isosorbida (para llegar a un material resistente y duradero).
Incorporar un alcohol arílico
Al incluir alcohol arílico en el proceso de polimerización, Weinland y sus colegas de RIBIPOL han superado este punto muerto.
Como resultado, los ésteres de arilo reactivos se forman in situ y la reactividad del grupo final aumenta significativamente durante la policondensación, el paso final en la síntesis de poliéster, donde la baja reactividad de la isosorbida evita el crecimiento de la cadena en la poliesterificación por fusión convencional.
Como resultado, se podrían incorporar fracciones altas del diol secundario rígido de base biológica, incluso hasta un 100% en moles, para crear materiales de alto peso molecular.
Usando isosorbida y ácido succínico para crear poliéster, fue posible crear poli (succinato de isosorbida) de alto peso molecular por primera vez.
Los plásticos robustos resultantes superan a los plásticos actuales como el PET en resistencia al calor, lo cual es importante para su reutilización. Además, los polímeros a base de isosorbida muestran cualidades mecánicas y de barrera prometedoras que pueden superar a las que se encuentran en los materiales típicos a base de fósiles.
El estudio describe una nueva estrategia de polimerización caracterizada por la simplicidad operativa y el uso de maquinaria de síntesis de poliéster convencional.
Los investigadores prevén explorar composiciones de poliéster previamente inaccesibles basadas en monómeros con baja reactividad, así como aplicar técnicas similares en otras clases de polímeros como poliamidas y policarbonatos. Es adecuado tanto para composiciones de poliéster nuevas como existentes.
Referencia de la revista:
Weinland, D.H., et al. (2022) Superación de la baja reactividad de los dioles secundarios de base biológica en la síntesis de poliéster. Comunicaciones de la naturaleza. doi:10.1038/s41467-022-34840-2.
