Материал из целлюлозы многократно поменял форму от погружения в воду

Материаловеды
из Германии и Китая предложили
аналог
пластика,
которому можно придать
любую форму, просто опустив в воду.
Новый
материал
состоит из возобновляемого сырья —
целюлозы.
а
изделия из него можно
перерабатывать много раз,
после
причем
после десяти циклов формования
они
даже
становятся
прочнее.
Результаты
исследования опубликованы
в журнале Nature
Sustainability.

Ежегодно
человечество
производит
более
360 миллионов тонн различных
изделий из пластика,
причем
200
миллионов тонн приходится
на упаковку и другие предметы с коротким
сроком использования.
С
переработкой
пластиковых
изделий
у
нас все еще большие трудности.
Большинство
популярных пластиковых
материалов
— ПЭТ,
полиэтилен,
полипропилен
и
некоторые другие — относятся к
термопластам, то есть переходят
в пластичное состояние при нагревании
и снова затвердевают при охлаждении.
Чтобы переработать
изделия
из
термопластов,
их
нагревают до
нескольких сот градусов Цельсия.
Это
требует
больших затрат энергии, поэтому
такая
переработка не
всегда экономически выгодна.

Китайские
и немецкие материаловеды под руководством
Кая Чжана
(Kai Zhang) научились
управлять пластичностью полимеров
более простым способом — просто опуская
их в воду. За
основу материала Чжан и его коллеги
использовали
взяли
природный полимер целлюлозу.
Смешав ее с хлоридом коричной кислоты
в присутствии основания они получили
циннамат
целлюлозы (cellulose
cinnamate, CCi)
— полимер, в
котором часть гидроксильных групп в
целлюлозных фрагментах превратили
в сложноэфирный фрагмент c
остатком
коричной кислоты.
Затем
из CCi
изготовили
прямоугольные
ленты
размером и
толщиной 10-20
микрометров.
В
воде такие ленты
становились
гибкими
и пластичными и
их
можно было
сгибать
и закручивать в любом направлении. А
когда
ленты
извлекали,
из
воды
пластичность
снижалась
и
форма изделия фиксировались. 

Такие
свойства повышения
пластичности в воде
есть и у самой целлюлозы, но авторы
усилили их, внедрив фрагмент
коричной кислоты.
Все
дело в
более
эффективном
транспорте
молекул воды,
который воде
быстро проникать внутрь материала.
После извлечения из воды молекулы так
же быстро продвигаются
из глубины материала к поверхности и
испаряются
— таким
образом форма изделий быстро фиксируется.

Авторам работы изготовили
из CCi
лент
пять
изделий разной формы, которые
оказались стабильны
на
воздухе и
сохраняли
свою форму
в течение как
минимум шестнадцати
месяцев. После использования ленты
можно снова сделать пластичным и придать
им
другую форму.
Для этого не
требуется нагревание
— достаточно
опустить изделие
в воду комнатной температуры на пять
минут, причем
цикл с одной лентой можно повторять
много
раз.

Вверху: схема синтеза циннамата целлюлозы; Внизу: формование готовых лент под действием воды

Гидропластик
имеет отличную
механическую прочность:
предел
прочности
на разрыв 92,4 ± 2,2 мегапаскалей,
модуль
Юнга
2,6 ± 0,1 гигапаскалей
и
удлинением
при разрыве 15,2 ± 1,8 процентов.
Авторы
полагают, что причина
такую
прочность обеспечивает композитная
структура ССi
которые
эффективно расеивают. После пяти
циклов
формования
прочность немного
снижается, но затем
снова идет
вверх,
и после
десятого цикла
становится даже выше, чем в начале:
предел
прочности
на разрыв
повышается до 120.9 ± 8.2
мегапаскалей,
а
модуль
Юнга — до 3,0 ± 0,2 гигапаскалей.
Такое
повышение прочности вызвано
релаксацией
и перестройкой
цепей полимера CСi.
После
десяти циклов прочность перестает расти
и в дальнейшем остается на таком же
уровне. Правда
есть у Cсi
и
слабое место — прочность материала
заметно снижается при увеличении
влажности.
Чжан
и его коллеги полагают, что на
основе CСi
можно будет создавать и
другие
материалы, меняющие
пластичность под действием растворителей.
Такие
материалы
смогут стать альтернативой традиционным
видам
пластика, особенно
если удастся заменить воду на другие
менее распространенные растворители.

Для
того, чтобы уменьшить экологический
след пластиковой упаковки ученые пробуют
разные методы: не только синтезируют
новые материалы, но и ищут более
эффективные пути переработки для уже
известных пластиков. Еще
одна альтернатива термомеханической
переработке пластика — химическая
переработка. В этом случае молекулу
полимера разбирают на составные части,
превращая его в смесь мономеров.
Полученные
продукты можно использовать для синтеза
новых полимеров или для других целей.
Например,
в прошлом месяце шотландские химики
получили
модифицированный
штамм кишечной палочки Escherichia
coli,
который
перерабатывает терефталевую
кислоту, полученную из ПЭТ-бутылок, в
ценное
вещество
ванилин.

Наталия
Самойлова

Источник: nplus1.ru

0 0 голоса
Рейтинг статьи

Опубликовано: 15.07.2021 в 22:45

Автор:

Категории: Наука и технологии

Подписаться
Уведомить о
guest
0 комментариев
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии