В поисках эко-устойчивых альтернатив обычному пластику исследователи изучают, как их строительные блоки могут быть получены из мест, отличных от нефти, и ученых, стоящих за многообещающим новым исследованием, это привело прямо к сладкому. Команда произвела новую форму пластика с «беспрецедентными» механическими свойствами, которые сохраняются в ходе стандартных процессов переработки, и сумела сделать это, используя в качестве отправной точки материалы, полученные из сахара.
Прорыв был сделан учеными из Бирмингемского университета в Великобритании и Университета Дьюка в США, которые в поисках более экологически безопасного (эко-устойчивого) пластика обратились к сахарным спиртам. Эти органические соединения имеют химическую структуру, аналогичную сахарам, из которых они получены, что, как обнаружили ученые, может принести некоторые уникальные преимущества при производстве пластика.
Два рассматриваемых соединения — изоидид и изоманнид, оба имеют жесткие кольца атомов, которые ученые смогли использовать в качестве строительных блоков для нового семейства полимеров. Полимер на основе изоидида отличался механической жесткостью и технологической деформируемостью, как у обычных пластмасс, и прочностью, сравнимой с конструкционными пластмассами высокого качества.
Между тем полимер, изготовленный из изоманнида, обладал аналогичной прочностью и ударной вязкостью, но с высокой степенью эластичности, которая позволяла ему восстанавливать свою форму после деформации. Характеристики обоих были сохранены после того, как они были подвергнуты общепринятым методам переработки: измельчению и термической обработке.
На диаграмме показана структура и характеристики строительных блоков на основе сахара, стоящих за новым революционным пластиком. Фото: DOI: 10.1021/jacs.1c10278
Команда использовала компьютерное моделирование, чтобы изучить, как уникальное пространственное расположение атомов в соединениях придает им эти различные свойства, дисциплину, известную как стереохимия. В качестве следующего шага, ученые создали пластмассы, используя оба строительных блока, что позволило им настраивать механические свойства и скорость разложения, независимо друг от друга. Это повышает перспективу создания эко-устойчивых пластиков с желаемой скоростью разложения, не влияя на их механические характеристики.
«Наши результаты действительно демонстрируют, как стереохимия может быть использована в качестве центральной темы для разработки эко-устойчивых материалов с поистине беспрецедентными механическими свойствами», — сказал профессор Университета Дьюка, доктор Мэтью Беккер.
Команда подала патентную заявку на технологию и ищет промышленных партнеров, которые помогут ее коммерциализировать. Есть надежда, что пластмассы на основе сахара могут предложить более эко-устойчивый вариант не только с точки зрения производства, но и их утилизации, поскольку пластмассы на основе нефти иногда разлагаются столетиями.
«Это исследование действительно показывает, на что способны экологически чистые пластмассы», — говорит профессор Эндрю Дав. «Несмотря на то, что нам нужно проделать больше работы по снижению затрат и изучению потенциального воздействия этих материалов на окружающую среду, в долгосрочной перспективе вполне возможно, что эти виды материалов могут заменить пластмассы нефтехимического происхождения, которые не разлагаются в окружающей среде».
Исследование было опубликовано в журнале Journal of the American Chemical Society.
Источник: University of Birmingham via Phys.org
