Takuya Isono

Faculdade de Engenharia, Universidade de Hokkaido, Sapporo, Japão

Oligossacarídeos como segmentos duros para elastômeros de base totalmente biológica

Biography

Takuya Isono é professor associado da Faculdade de Engenharia da Universidade de Hokkaido, no Japão. Ele obteve seu Ph.D. em química de polímeros pela Escola de Pós-Graduação em Ciências Químicas e Engenharia da Universidade de Hokkaido em 2014. Durante seus estudos de doutorado, de 2012 a 2014, ele foi bolsista de pesquisa JSPS (DC1). Depois de concluir seu Ph.D., ele começou sua carreira de pesquisa como professor assistente na Faculdade de Engenharia da Universidade de Hokkaido em 2014. Desde abril de 2021, ele ocupa seu cargo atual na Universidade de Hokkaido. Sua experiência é em síntese precisa de polímeros, e seus interesses de pesquisa estão atualmente centrados em polimerização organocatalítica, polímeros de base biológica, copolímeros em bloco e polímeros topológicos. Ele recebeu prêmios científicos por sua pesquisa, incluindo o Inoue Research Award for Young Scientists da Inoue Foundation for Science em 2016, o Polymer Research Encouraging Award da Society of Polymer Science, Japão, em 2020, e o Research Encourage Award da Chemical Society of Japan em 2021.

Abstract

Há muito tempo, os polissacarídeos e seus derivados são utilizados como termoplásticos e fibras. No entanto, apesar do longo histórico de utilização de polissacarídeos em polímeros de commodities, sua gama de aplicações tem sido limitada devido às suas propriedades intrinsecamente duras e rígidas. Neste trabalho, relatamos que a integração de um polímero hidrofóbico emborrachado e segmentos rígidos de oligo/polisacarídeos em um copolímero em bloco (BCP) pode criar um novo elastômero de base biológica, no qual os domínios rígidos de carboidratos separados por microfases atuam como uma ligação cruzada física para as cadeias emborrachadas.

Uma série de BCPs “hard-b-soft-b-hard” composta de maltooligossacarídeos (maltose, maltotriose, maltotetraose e maltohexaose; bloco A) e poli(δ-decanolactona) (PDL; bloco B), with ABA-, A2BA2-, A3BA3-, A(BA)2-, and A2(BA)2-type architectures, foi sintetizada pela combinação de polimerização de abertura de anel vivo e reação de clique. Para entender a correlação entre a estrutura molecular do BCP e as propriedades do material, os BCPs foram projetados para ter pesos moleculares comparáveis (cerca de 12 kg mol-1) e números totais de unidades de glicose (12). A análise morfológica revelou a formação de morfologias de esfera cúbica centrada no corpo e cilindro hexagonalmente empacotado (HEX), dependendo da arquitetura ramificada (distância interdomínio de 9,7 a 14,4 nm). Embora o homopolímero de PDL seja um líquido viscoso devido à sua baixa Tg e natureza amorfa, todos os BCPs exibiram propriedades elastoméricas, confirmando que os blocos de oligossacarídeos se segregaram para formar os domínios rígidos para a ligação cruzada das cadeias de PDL emborrachadas.

Os testes de tração revelaram que as propriedades mecânicas dos BCPs foram determinadas principalmente pela estrutura separada por microfases e menos afetadas pelo comprimento de cada cadeia de oligossacarídeo. Os BCPs do tipo A2BA2– and A3BA3 formadores de HEX apresentaram módulos de Young de ∼6 MPa, que são comparáveis aos conhecidos elastômeros termoplásticos à base de estireno. Esses resultados demonstram que os oligossacarídeos são uma alternativa sustentável aos segmentos rígidos sintéticos derivados do petróleo (por exemplo, poliestireno), abrindo assim um novo caminho para o projeto de materiais macios totalmente de base biológica.

References

  1. Isono, T.; Nakahira, S.; Hsieh, H.-C.; Katsuhara, S.; Mamiya, H.; Yamamoto, T.; Chen, W.-C.; Borsali, R.; Tajima, K.; Satoh, T. “Carbohydrates as Hard Segments for Sustainable Elastomers: Carbohydrates Direct the Self-Assembly and Mechanical Properties of Fully Bio-Based Block Copolymers” Macromolecules 2020, 53, 5408-5417.
  2. Katsuhara, S.; Takagi, Y.; Sunagawa, N.; Igarashi, K.; Yamamoto, T.; Tajima, K.; Isono, T.; Satoh, T. “Enhanced Self-Assembly and Mechanical Properties of Cellulose Based Triblock Copolymers: Comparisons with Amylose-Based Triblock Copolymers” ACS Sustainable Chem. Eng.2021, 9, 9779-9788.
  3. Katsuhara, S.; Sunagawa, N.; Igarashi, K.; Takeuchi, Y.; Takahashi, K.; Yamamoto, T.; Li, F.; Tajima, K.; Isono, T.; Satoh, T. “Effect of degree of substitution on the microphase separation and mechanical properties of cellooligosaccharide acetate-based elastomers” Polym.2023, 316, 120976.