На создание нового класса полимеров разработчиков вдохновила природа, материалы легко разлагаются. Привычные полимеры производятся из сырой нефти и создают проблемы для окружающей среды, поскольку не разлагаются. Исследовательская группа под руководством Хельмута Кёлфена (Helmut Cölfen), профессора физической химии в университете Констанца (Германия;
www.uni-konstanz.de), произвела совершенно новый «минеральный пластик», структура которого копирует биоматериалы.
Новый пластик – так называемый гидрогель, который можно изготовить при комнатной температуре из карбоната кальция и полиакриловой кислоты в воде. Материал может быть непосредственно переработан вторично или трансформирован и в состоянии геля самовосстанавливается. В сухом состоянии у материала плотность как у панциря краба и он гибкий. Нетоксичный полимерный материал может частично заменить традиционные полимеры в будущем и тем самым внести вклад в решение экологических проблем. Работа опубликована в научном журнале Angewandte Chemie.
Традиционные полимеры обычно небиоразлагаемые, и вторичная переработка требует энергии. Исследовательская группа из университета Констанца руководствовалась основным принципом «зеленой химии» для производства своего минерального полимера. Источником вдохновения для процесса стала минерализация в природе на основе карбоната кальция. Гидрогель, который может заменить полимеры, состоит из наночастиц карбоната кальция. Полиакриловая кислота используется для соединения этих частиц. Гидрогель можно производить без затрат энергии, при комнатной температуре, он гибкий и самовосстанавливающийся. Трещины, например, пропадают после нанесения капли воды. Два отдельных компонента могут быть соединены вместе те же способом. Гель можно использовать в температурных датчиках, поскольку он меняет цвет при нагревании. Вторичная переработка геля не проблема, потому что ему можно придать другую форму без затрат энергии. При добавлении воды и слабых кислот, таких как уксусная или лимонная, гель распадается с высвобождением углекислого газа. Остатки полиакриловой кислоты нетоксичны.
«Процесс производства гидрогеля можно непосредственно внедрять в отрасль, поскольку сырье для него производится в промышленных масштабах по низкой цене», – объясняет Хельмут Кёлфен. Высушенный материал обретает отчетливые качества полимера, одновременно прочность и гибкость, что делает его пригодным для замены традиционных полимеров в сухих областях применения, например в деталях электроники. Следующим этапом могут стать покровные материалы из него, что, однако, не должно сказаться на процессе вторичной переработки. Набухаемость в сочетании с твердостью после высушивания делает материал пригодным для использования в строительстве для заполнения трещин.
В противоположность биоминералам, твердым в основном состоянии, таким как кости или зубы, гидрогель гибкий. Помимо изучения природных процессов исследовательская группа Хельмута Келфена сейчас очень заинтересована в систематическом изменении свойств таких гелей для производства других «минеральных полимеров» для специализированных областей. Будущие исследовательские проекты рассмотрят возможность применения нового класса материалов в медицинской сфере. Исследователи испытают другие минералы в качестве сырья и планируют использовать полиаспаргиновую кислоту в качестве потенциального сшивающего агента. Кислота полностью биоразлагаемая.
Источник: K-Online
