Інноваційний пластик, що тане на сонці

Модератор
335

В давньогрецькому міфі про Ікара крила, що розтанули на сонці – трагедія. Але військові літаючі апарати, що випаровуються під дією сонячного світла, можуть стати могутньою зброєю. Уявіть безпілотник, який безслідно зникне після таємної доставки боєприпасів у віддалене місце.

Інженери з Технологічного інституту штату Джорджия розробили новий тип пластику, здатного формувати як гнучкі акруші, так і жорсткі механічні деталі, а потім зникати протягом кількох хвилин під дією ультрафіолету чи температури вище 80 градусів по Цельсію.

Попередні спроби зробити пластик, що самознищується при нагріванні не увінчались успіхом, оскільки мали проблеми з руйнуванням таких матеріалів навіть за кімнатної температури. Однак, новий винахід може залишатись стабільним протягом багатьох років, якщо він уникає сонця.

Такий пластик може бути корисним для виготовлення датчиків зовнішнього середовища та медичних приборів, які розчиняються після збору даних, чи для створення тимчасових клеїв.


12.jpg

 

Команда вчених протягом багатьох років працювала над створенням тимчасового пластику. В Агентства перспективних дослідних проєктів в області обороны (DARPA) є програми для фінансування досліджень, які в майбутньому можуть привести до розробки зникаючих пристроїв для доставки повітрям.
Задача не з простих. Адже по суті, пластик дуже міцний матеріал, складений із полімерів, які по типу нагадують буси.

Щоб створити міцний пластик, що буде руйнуватись за певних умова, команда звернулась до молекули поліфталальдегіду (PPHA). Як і всі полімери, він розпадається на будівельні блоки при нагріванні вище певної температури. Але, на відміну від пластику, що використовується в пляшках та пакетах, який руйнується при високих температурах PPHA здатний розпадатись навіть за кімнатної температури. Ця здатність дозволяє легко зруйнувати такий полімер, але це все рівно ще не зовсім те, що потрібно.
11.jpg

 

Щоб змусити PPHA стати псевдостабільного, науковці «зав'язали» його полімерний ланцюг в кільце. «Тепер він деполімеризується тільки з кінця в середину», - каже Пол Кол, професор хімічної та біомолекулярної інженерії в Технологічному інституті штату Джорджия. «Це як очищати банан», - пояснює він. «Важко зробити це з середини, але легко з кінця». Хоча кругова структура запобігає руйнуванню модифікованого PPHA при звичайній кімнатній температурі, якщо тригер розриває хоча б один зв'язок, «вся молекула миттєво деполімеризується і повністю розвалюється», - говорить він.

«Це досить розумно, тому що вони сконструювали полімер, який працює за принципом блискавки: досить потягнути за язичок і міцний до цього зв'язок тут же розпадеться», - говорить Ендрю Давши, професор хімії в Університеті Бірмінгема в Англії, який не брав участі в новому дослідженні. Команда Кола також допрацювала процес «розстібання блискавки», додавши до кругової PPHA цілий мікс з різних хімічних речовин.

Щоб викликати знищення полімеру за допомогою ультрафіолету, дослідники додали в з'єднання речовину, яка окислюється при наявності сонячного світла, а потім руйнує зв'язок PPHA. І щоб уповільнити швидкість цієї деградації, тим самим надавши простому літальному апарату, наприклад планеру, достатню кількість часу для виконання своєї місії, вони додали в матеріал додаткові лужні речовини, які реагують з кислотою і послаблюють її.


13.jpg

 

Проте, навіть у своїй круглій формі PPHA спочатку був недостатньо стабільним для тривалого використання. Кол і його колеги виявили, що домішки в полімері - головним чином сліди каталізатора трифториду бору, який використовується для зібрання кола PPHA - були основними винуватцями. Видаливши всі такі домішки, вони збільшили термін придатності матеріалу. «Тепер він може зберігатися до 20 років в приміщенні при кімнатній температурі», - каже Кол. «Світло від флуоресцентних ламп його не зруйнує».

Незважаючи на ці поліпшення, отриманий пластик був складний у використанні через його відносно тендітну структуру. Але на зборах Американського хімічного товариства Кол оголосив, що він і його колеги вирішили цю проблему, додавши до пластику іонні рідини - солі в рідкій формі. Вони здатні сильно змінювати механічні властивості PPHA: один тип іонної рідини робить пластик більш жорстким і твердим, що ідеально підходять для крил планера, а інший - м'яким і складним, що відмінно підходить для створення парашутів або упаковок.


Парашут з PPHA розклався всього за пів годиниПарашут з PPHA розклався всього за пів години

 

DARPA вже використовувала новий пластик для виготовлення легких міцних планерів і парашутів. Кілька років тому, агентство провело польові випробування одного з цих транспортних засобів: вночі, будучи скинутим з висотного аеростата, планер успішно доставив кілограмову посилку в точку на відстані 150 кілометрів. Після чотирьох годин на сонці він зник, залишивши на землі тільки маслянисту пляму. Кол говорить, що цей пластик може розчинитися ще швидше під яскравим сонцем, в деяких випадках процес займає всього п'ять хвилин.

Однак у нового пластика все ще досить різних проблем. Наприклад, Ендрю Дав підкреслює, що викликана світлом деградація обмежить його використання. «Це чудова ідея», - каже він, «але я не впевнений, що вона підійде для споживчого пластика». Те, що залишається після розпаду цього полімеру, також має значення. «Ніщо не зникає повністю», - говорить Енн-Крістін Альбертссон, хімік з Королівського технологічного інституту KTH в Швеції. «Продукти розкладання і їх вплив на навколишнє середовище дуже важливі».

В даному випадку залишки розкладання - масляниста пляма, яка колись була випробувальним планером - в основному складається з іонних рідин, якими дослідники обробляли полімер. Ці сполуки є антимікробними хімічними речовинами, аналогічними тим, які «використовуються в лікарнях в антибактеріальних серветках», - каже Кол. «Однак вони не підходять для вживання в їжу людьми і їх контакт з харчовими продуктами небажаний. В майбутньому ми спробуємо зробити так, щоб вони випаровувалися ».

Будемо надіятись, що вчені найближчим часом розроблять таки пластик і для промислових цілей. Адже, тони пластикового сміття, що забруднюють довкілля негативно впливають на екосистему планети.