Ekologiczne tworzywa z cukrów mają „niespotykane” właściwości

Nowe badanie wykazało, w jaki sposób zrównoważone tworzywa sztuczne mogą być pozyskiwane z materiałów wyjściowych na bazie cukru.

Poszukiwanie zrównoważonych alternatyw dla zwykłych tworzyw sztucznych skłoniło naukowców do zbadania, w jaki sposób ich elementy konstrukcyjne mogą być pozyskiwane z surowców innych niż ropa naftowa – naukowców stojących za obiecującym nowym badaniem doprowadziło prosto do słodyczy. Zespół wyprodukował nową formę plastiku o „niespotykanych” właściwościach mechanicznych, które są zachowywane podczas standardowych procesów recyklingu, i udało im się to zrobić, wykorzystując jako punkt wyjścia materiały na bazie cukru.

Przełomu dokonali naukowcy z University of Birmingham w Wielkiej Brytanii i Duke University w USA, którzy w pogoni za bardziej zrównoważonymi tworzywami sztucznymi zwrócili się w stronę alkoholi cukrowych. Te związki organiczne mają podobną strukturę chemiczną do cukrów, z których pochodzą, co, jak odkryli naukowcy, może przynieść wyjątkowe korzyści w produkcji plastiku.

Dwa omawiane związki to izoidyd i izomannid, które mają sztywne pierścienie atomów – naukowcy byli w stanie wykorzystać je jako elementy budulcowe nowej rodziny polimerów. Polimer na bazie izoidydu charakteryzował się sztywnością i plastycznością zbliżoną do typowych tworzyw sztucznych oraz wytrzymałością porównywalną z wysokiej klasy tworzywami konstrukcyjnymi.

Polimer wytworzony z izomannidu miał natomiast podobną wytrzymałość i twardość, ale wysoki stopień elastyczności, który pozwolił mu odzyskać swój kształt po odkształceniu. Właściwości obu zachowały się po poddaniu powszechnym recyklingowym metodom proszkowania i obróbki termicznej.

Schemat przedstawia strukturę i właściwości elementów budulcowych na bazie cukru
Schemat przedstawia strukturę i właściwości elementów budulcowych na bazie cukru, które kryją się za nowym przełomem w tworzywach sztucznych

Zespół wykorzystał modelowanie komputerowe do zbadania, w jaki sposób unikalne przestrzenne rozmieszczenie atomów w związkach nadaje im te różne właściwości, czyli dyscyplinę znaną jako stereochemia. W kolejnym kroku naukowcy stworzyli tworzywa sztuczne, korzystając z obu elementów budulcowych, co umożliwiło im niezależne dostrajanie właściwości mechanicznych i szybkości degradacji. Rodzi to perspektywę tworzenia zrównoważonych tworzyw sztucznych o pożądanym współczynniku degradacji, bez wpływu na ich właściwości mechaniczne.

Nasze odkrycia naprawdę pokazują, w jaki sposób stereochemia może być wykorzystana jako główny sposób do projektowania zrównoważonych materiałów o tak bezprecedensowych właściwościach mechanicznych – powiedział dr Matthew Becker z Duke University.

Zespół złożył wniosek patentowy na tę technologię i poszukuje partnerów przemysłowych, którzy pomogą w jej komercjalizacji. Istnieje nadzieja, że ​​tworzywa sztuczne na bazie cukru mogą oferować bardziej zrównoważoną opcję nie tylko pod względem produkcji, ale także ich utylizacji, a rozkład tworzyw na bazie ropy naftowej może trwać wieki.

To badanie pokazuje, co jest możliwe dzięki zrównoważonym tworzywom sztucznym – mówi profesor Andrew Dove. Chociaż musimy wykonać więcej pracy, aby obniżyć koszty i zbadać potencjalny wpływ tych materiałów na środowisko, w dłuższej perspektywie możliwe jest, że tego rodzaju materiały mogą zastąpić tworzywa sztuczne pozyskiwane z produktów petrochemicznych, które nie ulegają łatwej degradacji w środowisku.

Badania zostały opublikowane w Journal of the American Chemical Society.

➔ Obserwuj nas w Google News, aby być na bieżąco!

źródło: University of Birmingham | Phys.org | New Atlas