Поможет защитить нашу планету от загрязнения пластиком использование шаровой мельницы

В современном мире пластмасса находится повсюду; к сожалению, исчерпывая себя со временем, пластмассовые изделия загрязняют окружающую среду. Теперь исследователи из Университета Осаки разработали полимерные материалы, которые сочетают в себе самовосстановление с прочностью и пригодностью для вторичной переработки, которые могут продлить срок службы произведенных пластмасс, тем самым минимизируя проблему выброса остатков.

Что из себя представляют полимеры

Полимеры - это универсальные вещества, состоящие из множества повторяющихся молекулярных субъединиц, выполняющих важные и разнообразные функции в биологических процессах и промышленности. К сожалению, их долговечность обоюдоострая. Пластиковые отходы создают мусор и могут загрязнять окружающую среду на протяжении веков.

Ежегодно на одного человека приходится около 50 кг пластика – этот показатель удваивается каждые десять лет. К 2050 году в наших океанах может быть больше пластика, чем рыбы. Поскольку пластмассы незаменимы, продление их функционального срока службы за счет повышения прочности, самовосстановления и возможности вторичной переработки может помочь сократить количество отходов.

Взаимодействия хозяин-гость, увлекательная ветвь супрамолекулярной химии, описывает молекулярные комплексы, удерживаемые в уникальных структурных отношениях нековалентными связями. Эти физические связи позволяют распознавать молекулы и идеально подходят для получения материалов с быстро обратимыми свойствами.

Каким образом разрабатывались полимеры

«Мы приготовили супрамолекулярные материалы, смешав полимеры-хозяева и гостевые полимеры ацетилированного β-циклодекстрина и адамантана», - объясняет Джунсу Парк, ведущий автор исследования. «Мы сравнили три метода смешивания: обычное литье, планетарное замешивание и применение шаровой мельницы.

При шаровой мельнице используются шарики из диоксида циркония в размольном стакане на солнечном круге, эксцентрично вращающемся в обратном направлении. Дополнительные силы вращения на шлифовальных поверхностях и взаимодействие между ударами и трением вызывают смешивание молекул в наномасштабе».

Исследователи проанализировали полимеры путем наматывания, повторного соединения, покрытия стеклянной подложки и после многократного измельчения в шаровой мельнице. Используя динамический механический анализ, измерение тепловых свойств, малоугловое рассеяния рентгеновских лучей, конфокальную лазерную сканирующую микроскопию и т. д., они оценили устойчивость к царапинам, деформируемость и прочность полимеров.

Результаты были замечательными. Планетарное перемешивание эффективно производило прочные, самовосстанавливающиеся и перерабатываемые супрамолекулярные материалы. Царапины на поверхности исчезли за секунды, а сломанные фрагменты соединились за считанные минуты.

Более того, механические свойства сохранялись даже после многократного измельчения. «Шаровая мельница распутывает полимерные цепи в материалах и увеличивает их подвижность, облегчая их повторное формирование», - объясняет Парк. «Это поддерживает количество взаимодействий между хозяином и гостем, обеспечивая как самовосстановление, так и устойчивость».

Ёсинори Такашима описывает потенциал этих открытий: «Мы можем разработать прочные материалы, способные к самовосстановлению, которые сохраняют эти свойства даже при переработке. Увеличение срока их службы является ключом к сохранению окружающей среды, поскольку они все чаще используются в производстве. Кроме того, их уникальные биомиметические свойства открывают возможности для применения в таких областях, как создание искусственной кожи для протезов, робототехника и даже разработка транспортных средств».