Hi-Tech

Зачем учёные создают саморазрушающийся пластик

Конспект статьи The New York Times об исследованиях в области полимеров.

В закладки

Поделиться

Полимер, созданный Адамом Файнбергом, разрушается под воздействием яркого света

Поэтому загрязнение окружающей среды подтолкнуло учёных к созданию новых материалов с двумя взаимоисключающими свойствами: они должны быть прочными, но при этом разрушаться по команде. Автор материала пишет, что каждый год в мире перерабатывают только 10% пластика.

И хотя саморазрушающийся пластик разом не решит проблему отходов, у такой технологии большой потенциал: можно будет создавать лекарства, растворяющиеся в определённой точке тела, или самовосстанавливающиеся материалы.

The New York Times

Задача учёных — сформировать из полимерных молекул длинные цепочки, «захватив в ловушку» полученное состояние. Отправной точкой в создании пластика нового образца служит выбор нестабильных полимеров, на которые в прошлом не обращали внимания из-за их хрупкости. Таким образом и получается пластик.

Разрыв связей между цепочками называется деполимеризацией, для её начала материалу необходим импульс, например яркий свет, который использует доктор Адам Файнберг из Иллинойского университета.

Адам Файнберг (посередине) и его команда

Сама по себе она стабильна, поэтому, чтобы сделать уже саморазрушающийся пластик, учёный смешивает материал со светочувствительным жёлтым красителем. Полимеры доктора Файнберга имеют кольчатую структуру. Яркий свет, заряжая молекулы красителя, выбивает электроны из полимера.

Некоторые исследователи связывают полимеры, как бы запечатывая концы длинных цепочек или соединяя их в сети. Кольца разрываются, обнажая концы молекулярных цепочек, и материал распадается.

У мгновенного распада есть одно преимущество перед биоразложением — последний тянется очень долго. Одной только реакцией мы сможем существенно изменить свойства полимера или вовсе от него избавиться.

Элизабет Гиллис

химик из Университета Западного Онтарио

Частицы, оставшиеся после деполимеризации, можно собрать, отправить на химическую переработку и получить новое сырьё. В теории пластик следующего поколения сможет частично разрешить проблемы пластиковых отходов. Сегодня пластик переплавляют и заново формуют.

Однако заменить собой полиэтилен, полипропилен и полиуретан новый полимер, вероятно, не сможет, считает доктор Гиллис, отмечая крайнюю дешевизну упаковочного пластика. Тем не менее учёным необходимо создать не просто саморазрушающийся материал — он к тому же должен быть дешёвым и качественным.

Вместо этого исследователи обращают внимание на более ценные материалы вроде пены из полиуретана, которой наполняют матрасы и автомобильные кресла.

Пена остаётся стабильной при комнатной температуре, а распадается при нагревании до +200°C. В 2016 году доктор Марк Хиллмайер и его коллеги из Миннесотского университета создали химически перерабатываемый полиуретан: из звеньев макромолекул, полученных из сахара, они сшили полиуретановую сеть.

Если бы автомобильным компаниям, приводит пример учёный, приходилось утилизировать машины, появился бы смысл в постройке внутренней системы химической переработки, позволившей бы создавать новое сырьё из старого. Использование химически перерабатываемых материалов может стать реальным, особенно если производители начнут брать ответственность за свои продукты и после окончания их срока службы, отмечает Хиллмайер.

Исследователи из Национального университета Чоннам в Южной Корее, смешав особый полимер с обычным дешёвым, получили клей, действие которого можно отменить с помощью фторида. Кроме того, деструкция полимеров может пригодиться и в производстве клейких веществ, разработка которых также ведётся.

Несмотря на создание саморазрушающегося пластика и полностью перерабатываемых продуктов, потребителям по-прежнему придётся правильно сортировать мусор.

По его мнению, на сегодня аккуратный сбор и сортировка отходов остаются самыми насущными проблемами. «Загрязнение происходит из-за того, что с отходами обходятся неправильно», — считает Стив Александр, глава Объединения переработчиков пластика.

Решить эти задачи, по мнению Рамани Нараян, химика из Мичиганского университета, возможно, создав определённые зоны для мусора.

Но репутация подобных материалов, предполагает учёный, серьёзно пострадала из-за лживой рекламы и замешательства потребителей. В целом, продолжает Нараян, биоразлагаемый пластик также оснащён механизмом саморазрушения, который активируется в определённой среде с нужными микроорганизмами.

Компания Нараяна Natur-Tec производит одноразовые столовые приборы и пищевую упаковку из биоразлагаемого пластика, пытаясь вернуть ему статус безвредного материала.

А для потребителей, сомневающихся при сортировке, это критически важно. Используя слово «разлагаемый», вы намекаете: такой пластик можно положить в ведро с органическими отходами.

Рамани Нараян

Исследователи вроде доктора Гиллис уже сегодня занимаются созданием «умных» оболочек для точной доставки лекарств в организм, например к раковым опухолям, или удобрений, которые активизируются в нужное время.

Возможный кандидат — глиоксилат, встречающийся в почвенных микроорганизмах. Для применения в таких областях материал должен быть безвреден. На его основе команде доктора Гиллис удалось создать несколько полимеров, деполимеризацией которых можно управлять с помощью веществ на концах полимерных цепочек — одним нужен яркий свет, другим — среда с низким содержанием кислорода.

Он задумал создать крошечные капсулы, наполненные восстанавливающим агентом, и поместить их, для примера, в покрытие задней панели телефона. Доктор Джеффри Мур, научный руководитель Адама Файнберга, занимается исследованиями самовосстанавливающихся материалов. Среагировав на свет, пластик, из которого будут сделаны капсулы, распадётся, и трещины на панели заполнятся.

Создание полимерного материала будущего задача очень важная. А пока до 400 млн тонн пластика выбрасывается каждый год — пластика, который задумывался износостойким и крепким, заключает Дженнет Гарсия, исследователь полимеров в IBM. Однако не менее важно похожим образом, подчёркивает Гарсия, избавиться от уже существующих пластиковых отходов, в идеале разложив его на частицы.

Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть