Los polímeros que contienen puntos cuánticos (QD) son componentes críticos de la próxima generación de consumibles, pero persiste la incertidumbre sobre cómo estos compuestos pueden afectar negativamente la salud pública y el medio ambiente.
estancia: Las imperfecciones de la superficie y del tamaño de las partículas determinan la transmisión de los puntos cuánticos de CdSe del plástico al medio ambiente. Haber de imagen: Van Pympk/Shutterstock.com
papel pre-resistente Revista de materiales peligrosos Examina cómo el transporte de puntos cuánticos desde materiales poliméricos al medio ambiente está relacionado con sus propiedades de superficie y volumen.
Nanomateriales poliméricos (PNC): descripción general e importancia
La incorporación de aditivos nanoestructurados, como los puntos cuánticos, en los polímeros es una forma de producir compuestos híbridos innovadores, como los nanocompuestos poliméricos (PNC), con propiedades térmicas, físicas y ópticas mejoradas.
Los PNC tienen muchas aplicaciones en la fabricación de productos esenciales dentro de los materiales aeroespaciales y automotrices, retardadores de fuego, sistemas de almacenamiento de energía, alimentos envasados y equipos médicos.
Transferencia de polímero a líquido de puntos cuánticos en PNC
La producción sostenible de PNC requiere una evaluación de si las nanopartículas, como los puntos cuánticos, migran al entorno externo. La transferencia de puntos cuánticos al entorno líquido cercano es especialmente importante para los PNC utilizados en equipos médicos o aplicaciones de procesamiento de alimentos.
Varias investigaciones sobre los fenómenos de transferencia de polímero a líquido en las PNC han revelado que la masa de nanomateriales transferidos desde las PNC al entorno líquido es insignificante pero variable en tamaño y forma debido a las diferencias en las propiedades de los nanorrellenos, el entorno externo, el tipo de polímero y las condiciones de prueba. .
A pesar de estos avances, la química de la interfaz de los puntos cuánticos que conducen a la dinámica de degradación y transporte, así como las variables que controlan estas interacciones, siguen siendo desconocidas. Como resultado, es imposible determinar si dos PNC nominalmente equivalentes crearían una mayor exposición a los puntos cuánticos del entorno dado el mismo conjunto de parámetros de trabajo.
Limitaciones de los modelos de transferencia de puntos cuánticos utilizados anteriormente
Los marcos teóricos pueden ayudar a comprender cómo los puntos cuánticos migran de los materiales poliméricos al medio ambiente. Aunque existen diferentes modelos de transporte para partículas pequeñas, solo hay unos pocos modelos importantes en la literatura que se han establecido explícitamente para compuestos de nanopartículas, como los puntos cuánticos.
Uno de los problemas más apremiantes con respecto al análisis de riesgos de los materiales nanocompuestos es la ausencia de marcos teóricos respaldados por datos para predecir el movimiento de puntos cuánticos desde las PNC al entorno externo.
Un mayor conocimiento de las propiedades de la transferencia de nanomasa a través de la teoría y los experimentos puede mejorar en gran medida los principios de fabricación y diseño de PNC, mejorar la sostenibilidad y reducir los impactos negativos de la próxima generación de PNC en el medio ambiente.
Aspectos destacados del estudio actual
En este estudio, los investigadores crearon una clase de PNC utilizando polietileno de baja densidad (LDPE) como polímero anfitrión y puntos cuánticos de seleniuro de cadmio (CdSe) en una variedad de tamaños. Debido a que los puntos cuánticos están ampliamente disponibles, cubren un rango de tamaño de 1 a 10 nm y tienen una dispersión de tamaño mínima, son modelos adecuados para investigar el movimiento de nanopartículas desde las PNC hacia el entorno circundante.
Se evaluaron la fotoluminiscencia (PL) y la composición de los PNC producidos para comprender cómo la incorporación de puntos cuánticos en LDPE afecta la escala de los elementos en la interfaz y la concentración de error de superficie. Se han realizado varios estudios de migración para correlacionar la velocidad del movimiento del punto cuántico con el diámetro del punto cuántico inicial y la interacción de la superficie.
Luego, esta información se utilizó para crear un modelo cuasiexperimental para predecir la transferencia de puntos cuánticos de materiales poliméricos al entorno fluido circundante.
Resultados importantes
Los investigadores observaron una relación inversa entre la masa de los puntos cuánticos migratorios y su diámetro original debido a que las partículas más pequeñas tienen un área de superficie más grande.
Este trabajo también proporcionó el primer marco teórico capaz de modelar el complejo proceso de migración de los puntos cuánticos. Estos modelos se han aplicado eficazmente a sustratos con una variedad de tamaños de puntos cuánticos iniciales y duraciones de almacenamiento de PNC. Para simular el movimiento de puntos cuánticos a través de interfaces de polímeros y el entorno, el marco combina la expulsión de masa dependiente del tiempo de puntos cuánticos con la ecuación de difusión en condiciones paramétricas simples.
Con base en estos resultados, es razonable concluir que el marco teórico desarrollado en este estudio puede ser una herramienta útil y práctica para evaluar los riesgos de la transmisión de puntos cuánticos para la salud humana y el medio ambiente. Este marco también puede proporcionar nuevos conocimientos sobre los procesos físicos y químicos de los fenómenos de movimiento de nanomateriales que serían difíciles de lograr utilizando solo métodos experimentales.
referencia
Duncan, T. V. et al. (2022). Las imperfecciones de la superficie y del tamaño de las partículas determinan la transmisión de los puntos cuánticos de CdSe del plástico al medio ambiente. Revista de materiales peligrosos. Disponible en: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.12968
