Een team van onderzoekers heeft een nieuwe manier gevonden om een ​​polymeermateriaal genaamd PBO te produceren. een product dat in de handel bekend staat als Zylon en dat wordt gebruikt in kogelvrije vesten en andere hoogwaardige stoffen. De nieuwe aanpak kan nuttig zijn bij het maken van PBO-producten die bestand zijn tegen degradatie, een probleem dat in het verleden PBO-gebaseerde materialen heeft geplaagd.

"We laten zien dat het gebruik van een nanodeeltjeskatalysator, we kunnen PBO produceren in milieuvriendelijkere omstandigheden en zonder een chemische stof te gebruiken waarvan bekend is dat deze ervoor zorgt dat deze materialen onverwachts worden afgebroken, " zei Shouheng Sun, een professor in de chemie aan de Brown University en co-auteur van een nieuw artikel waarin het onderzoek wordt beschreven. "We denken dat dit een weg kan zijn naar het maken van robuustere PBO-materialen."

Het onderzoek wordt beschreven in het tijdschrift Materie .

De traditionele manier om PBO te maken (de volledige naam is polybenzoxazol) omvat het gebruik van polyfosforzuur (PPA) als katalysator voor noodzakelijke chemische reacties en als oplosmiddel. PPA is een sterke, zeer corrosief zuur en is aangewezen als de bron van PBO-afbraak. Moleculen van het zuur komen vast te zitten in de polymeerketen, waardoor de vezels vatbaar zijn voor degradatie wanneer ze na verloop van tijd worden blootgesteld aan licht en vocht. Die degradatie heeft in het verleden geleid tot het terugroepen van op PBO gebaseerde kogelvrije vesten.

Het laboratorium van Sun in Brown heeft uitgebreid gewerkt met samengestelde nanodeeltjeskatalysatoren die in staat zijn om de nieuwe reacties uit te voeren die nodig zijn om PBO te maken, en dat doen ze zonder PPA te gebruiken. Het katalyseren van de reacties met nanodeeltjes zou ook minder energie vergen en kan worden uitgevoerd met hernieuwbaar mierenzuur als waterstofbron. Dat alles maakt het productieproces groener.

Tot nu toe, echter, samengestelde nanodeeltjeskatalysatoren zijn grotendeels gebruikt om alleen kleine organische moleculen te maken. Of het nu gaat om een ​​samengestelde katalysator, die in dit geval is gemaakt van deeltjes goud en palladiumlegeringen, zou kunnen worden gebruikt om de gecontroleerde groei van polymeerketens te katalyseren, was voorheen onbekend.

"De belangrijkste vraag die we probeerden te beantwoorden, is of we de reacties kunnen beheersen, zodat we een goede controle krijgen over de mate van polymerisatie, " zei Sun. "Uiteindelijk hebben we aangetoond dat we dat konden doen door de samenstelling en grootte van de legeringsnanodeeltjes in onze katalysator af te stemmen."

Een legeringssamenstelling van bijna 40 procent goud en 60 procent palladium bleek optimaal te zijn voor het beheersen van de reactiesnelheid die nodig is om PBO te maken. Deeltjes met een grootte van ongeveer 8 nanometer produceerden een reactiesnelheid die het molecuulgewicht van de PBO-polymeren maximaliseerde.

Om erachter te komen of de PBO inderdaad resistent was tegen degradatie, het team werkte samen met onderzoekers van Brown's School of Engineering om mechanische tests uit te voeren. Die tests toonden aan dat de PBO-polymeren gemaakt met de nanodeeltjeskatalysator beter bestand waren tegen afbraak dan commercieel verkrijgbaar Zylon, zelfs nadat ze dagenlang in water en zuur waren gekookt.

De onderzoekers zeggen dat toekomstig werk zich zal richten op het genereren van PBO-polymeren met hogere molecuulgewichten. De polymeren die voor deze studie werden gegenereerd, waren aanzienlijk lichter dan die van het commerciële product, wat hun aanvankelijke mechanische sterkte beperkt. Nog altijd, zeggen de onderzoekers, het werk is een sterke proof-of-concept voor het idee dat composiet nanodeeltjes degradatieresistente PBO kunnen produceren.

Jerome Robinson, een assistent-professor scheikunde bij Brown en een co-auteur van een studie, merkte op dat de uiteenlopende expertise van het Brown-onderzoeksteam van cruciaal belang was voor het succes van dit werk.

"Het was heel belangrijk dat we konden samenwerken met ingenieurs en andere onderzoekers, Robinson zei. "Om de straat over te kunnen lopen naar de School of Engineering en de mechanische tests te doen, was geweldig, en ik denk dat we het juiste team hebben om dit onderzoek voort te zetten."