Химия

Новый быстроразлагаемый полимер может заменить обычный пластик


Ковалентные связи, которые делают большинство пластмасс такими прочными, делают их одной из самых больших экологических проблем на сегодняшний день. Чтобы преодолеть этот недостаток, начинает появляться новое поколение пластмасс с так называемыми супрамолекулярными полимерами. Благодаря нековалентным связям они разрушаются гораздо легче. Однако эти технологии все еще сталкиваются с препятствиями, особенно с точки зрения механических характеристик при использовании. Недавно финские исследователи, возможно, нашли решение, используя метод жидкостно-жидкостного фазового разделения (LLPS). Эта технология позволила им разработать новый "суперпластик", который по прочности не уступает обычному пластику, но имеет обратимые связи, поэтому он хорошо поддается разложению или переработке. Несмотря на многочисленные возможности использования, потенциальные сферы применения этого нового поколения пластмасс до сих пор остаются практически неизученными.

Большинство пластмасс, используемых в повседневном быту и промышленном производстве, изготовлены из полимеров, мономерные единицы которых соединены между собой очень стабильными и прочными ковалентными связями. Эти связи делают их настолько стабильными, что они очень мало разрушаются в окружающей среде и очень легкие. Время разложения может достигать тысячи лет для некоторых стандартных пластиковых бутылок.

Кроме того, поскольку для их переработки требуются высокие температуры и давление, производителям зачастую дороже перерабатывать их, чем производить. Эти вопросы стоимости объясняют ежегодное увеличение производства пластика во всем мире. Согласно официальной статистике, с 2000 по 2019 год он увеличился почти вдвое - с 234 млн до 460 млн тонн.

Такое перепроизводство неизбежно приводит к огромным выбросам в природу (353 млн тонн в 2019 году), которые глубоко проникают в биосферу и угрожают ей. Исследования даже показали, что микропластик в настоящее время является одной из самых больших проблем общественного здравоохранения в этом столетии. И хотя предпринимаются усилия по переработке, ковалентные связи обычных полимеров никогда не разрушатся полностью.

Поэтому ученые пытаются смягчить экологические проблемы, разрабатывая пластик, который легче разлагается. Этот новый тип пластика, основанный на супрамолекулярных полимерах, состоит из макромолекул, мономеры которых связаны нековалентными связями. Благодаря обратимым вторичным взаимодействиям материал становится более податливым, чем обычные полимеры.

Эти более слабые, более обратимые связи позволяют супрамолекулярным полимерам быстрее разрушаться в окружающей среде и легче перерабатываться. Этот новый пластик также обладает невероятным свойством почти мгновенного самовосстановления в случае образования трещины и может использоваться в качестве клея при правильном содержании воды.

Однако эти слабые взаимодействия сильно влияют на механические характеристики, что ограничивает их применение. Исследователи из Университета Турку нашли способ сохранить эту высокую пластичность, обеспечив при этом такие же прочностные характеристики, как и у обычных полимеров.

"По сравнению с обычными пластиками наши новые супрамолекулярные пластики работают лучше, поскольку они не только сохраняют сильные механические свойства, но и резервные динамические и обратимые свойства, которые делают материал самовосстанавливающимся и пригодным для повторного использования", — объясняет Цзинцзин Ю, один из ведущих авторов нового исследования, опубликованного в журнале Angewandte Chemie, и научный сотрудник Университета Турку.

Метод разделения фаз жидкость-жидкость

Новая методика финских исследователей предполагает секвестрирование и концентрацию растворителей для укрепления нековалентных связей и формирования макроскопических молекул. Полученный полимер обладает механическими свойствами, сравнимыми со свойствами обычных полимеров. Такие характеристики были достигнуты благодаря использованию молекулы, полученной в результате сложного химического процесса. "Эта молекула позволяет "формировать "умные" гидрогелевые материалы с катионами металлического магния", — говорит Цзяньвэй Ли, ведущий научный сотрудник исследования.

Кроме того, если на материале появляются трещины, они самопроизвольно затягиваются. Кроме того, добавив определенное количество воды, его можно деформировать и придать ему нужную форму. Поскольку его возможности сильно коррелируют с содержанием воды, он может стать мощным клеем, способным выдерживать давление 139,5 МПа. Технология перспективна с точки зрения ее потенциального использования, но для достижения измеримого положительного воздействия на окружающую среду ее необходимо применять в больших масштабах.

Подпишитесь на нас: Яндекс.Новости / Вконтакте / Telegram
Back to top button