Світ страждає від пластикових відходів. Наші тіла переповнені мікропластиком, і жодне середовище не є безпечним. Пластик розкиданий на найвіддаленіших горах, у найглибших частинах морів, а Великий тихоокеанський сміттєвий пляж став настільки помітним, що його назва стала власною назвою та окремою екосистемою.
Поліетилен, найпоширеніший у світі пластик, забезпечує нас пакетами, упаковкою для їжі та контейнерами для побутових товарів. Він також є особливо забруднюючим, оскільки розроблений для того, щоб бути міцним і довговічним.
Однак майбутнє обіцяє надію, оскільки хімічні інженери з Університету Суррея у Великій Британії створили унікальний новий пластик, який має якості, необхідні для підтримки більш циклічної економіки матеріалів.
Як повідомляється в журналі Macromolecules, цей полімер легко розкладається на газ при нагріванні. А потім, як міфічний Фенікс, піднімається з 'попелу', щоб знову зібратися.
"Більшість пластикових матеріалів розроблені для стабільності, що робить їх важкими для видалення або переробки," пояснює Пітер Рот, хімічний інженер з Університету Суррея. "Ми показали, що можливо створити матеріал, який поводиться зовсім інакше - той, що може перетворюватися на пару при відносно низьких температурах, перш ніж природно відновлюватися в той же полімер."
Цей новий полімер називається полі(1,2-тіоалан), що означає, що це ланцюг, складений з окремих ланок, або мономерів, 1,2-тіоалану, кільцевої молекули, що складається з вуглецю, водню та двох з'єднаних атомів сірки.
Ця зворотна природа зв'язку сірки робить полімер легко і багаторазово розкладним.
"Це не заміна звичайним пластикам, і це, безумовно, не рішення глобальної проблеми пластикових відходів. Але це вводить нову концепцію, яка може надихнути цілком нове покоління кругових матеріалів," додає Рот.
Таким чином, він вирішує кілька проблем, які ускладнюють ефективну переробку пластиків.
По-перше, він легше піддається деполімеризації - розкладанню складного полімеру на його простіші, складові мономери, як розбирання набору LEGO на його частини. Прощавай піратський корабель, привіт середньовічному замку!
Але набори LEGO не відновлюються самі (поки що). Крім того, звичайним пластикам може знадобитися нагрівання до приблизно 200 градусів Цельсія (майже 400 градусів за Фаренгейтом), перш ніж вони почнуть розкладатися.
І те, що виникає, може вимагати додаткової обробки, потенційно генеруючи забруднюючі, небезпечні побічні продукти.
Унікально, новий полімер дослідників розкладається лише при температурі близько 90 градусів Цельсія, сублімує з твердого в газ, пропускаючи рідку фазу і "становлячи перший приклад полімеру, що демонструє цю поведінку," кажуть дослідники.
Щоб продемонструвати його практичні застосування, вони занурили згорнуту фільтрувальну папір у нього, показуючи, що полімерна пара "обіймала" папір водонепроникним покриттям.
Після цього вони так само просто видалили покриття, нагрівши його. І хоча папір змінив колір, він відновив свої початкові водопоглинаючі якості.
Пластик, тим часом, може легко відновлюватися, коли охолоджується назад у твердий стан, готовий до повторного використання.
Цей експеримент може врешті-решт бути повторений у промислових умовах, пропонують дослідники, з невимовним потенціалом.
Полімерні покриття є всюдисущими. Вони покращують ізоляцію, змащення та стійкість до корозії, вологи та зносу.
Вони захищають внутрішні механізми виробничих машин, які виробляють продукти, і підтримують наші побутові прилади в робочому стані.
Покриття також захищають наші будинки, запобігаючи неприємному, гнильному цвілі або відштовхуючи дощову воду, щоб нам не доводилося ловити краплі в горщики та сковорідки - які також захищені покриттям.
Нарешті, дослідники підкреслили потенціал використання сублімації полімеру для покращення ефективності переробки пластику, "забруднюючи" свій полімер червоним барвником Нілу.
Зазвичай видалення таких добавок з пластикових відходів вимагає додаткової, витратної та ресурсомісткої хімічної обробки. Але не тут, оскільки дослідники видалили барвник з їхнього полімеру в один крок, нагрівши його.
В цілому, малоймовірно, що ми купуватимемо фігурки Pokémon, виготовлені з полі(1,2-тіоалану), або отримуватимемо наші замовлення в коробках, які самі збираються, без жиру.
Але, хто знає, навіть біомедичні застосування можуть виникнути з подібних біорозкладних полімерів, включаючи хірургічні клеї, гідрогелі, які забезпечують дихаючі контактні лінзи, та наночастинки, які доставляють ліки на місце хвороби, уявляють дослідники.
"Цікава частина полягає в тому, що ми продемонстрували принцип, який раніше не був доступний," говорить Тусіф Казмі, хімічний інженер з Університету Суррея та провідний автор дослідження.
"Якщо ми зможемо навчитися налаштовувати цю хімію, це може врешті-решт призвести до нових матеріалів, які легше застосовувати, видаляти та переробляти, ніж багато з сьогоднішніх пластикових матеріалів."
Це дослідження було опубліковане в Macromolecules.