Beetle-vægte holder hemmeligheden bag at skabe bæredygtig maling af genbrugsplastik, forskning viser

Strukturen af ​​ultrahvide billevægte kunne være nøglen til at fremstille lyshvid bæredygtig maling ved hjælp af genbrugsplastikaffald, Det har forskere ved University of Sheffield opdaget.

Cyphochilus bille skæl er en af ​​de klareste hvide i naturen, og deres ultrahvide udseende er skabt af nanostrukturen i deres bittesmå skæl, i modsætning til brugen af ​​pigment eller farvestoffer.

Eksperter har nu været i stand til at genskabe og forbedre denne struktur i laboratoriet ved hjælp af billige materialer - via en teknik, der kunne bruges som et bæredygtigt alternativ til titaniumdioxid i hvid maling.

Dr. Andrew Parnell, fra University of Sheffield's Department of Physics and Astronomy, hvem ledede forskningen, sagde:"I den naturlige verden, hvidhed skabes normalt af en skummende, Schweizisk ostlignende struktur lavet af et solidt sammenkoblet netværk og luft. Indtil nu, hvordan disse strukturer dannes og udvikler sig, og hvordan de har udviklet lysspredningsegenskaber, er forblevet et mysterium.

"Efter at have forstået disse strukturer var vi i stand til at tage plastik og strukturere det på samme måde. Ideelt set, vi kunne genbruge plastaffald, der normalt ville blive brændt eller sendt til losseplads, strukturer den ligesom billeskalaen og brug den derefter til at lave super hvid maling. Dette ville gøre maling med et meget lavere CO2-fodaftryk og hjælpe med at tackle udfordringen med at genbruge engangsplastik."

Resultaterne viser, at den skumagtige struktur af billernes skæl havde den rigtige andel af tomme rum, som optimerer spredningen af ​​lys – hvilket skaber den ultrahvide farve.

Konventionel hvid maling indeholder nanopartikler af titandioxid, som spreder lyset meget kraftigt. Imidlertid, brugen af ​​titandioxid er skadeligt for miljøet, da det bidrager til næsten 75 procent af kulstofaftrykket af hver dåse maling, der produceres.

For at måle de små individuelle billeskæl, forskere brugte en teknik kaldet røntgentomografi, som ligner en CT-scanning, men i en minimal skala. Forskerne brugte røntgenbilledfaciliteterne ved instrumentet ID16B på European Synchrotron Research Facility (ESRF) i Grenoble, Frankrig.

Den intense røntgenkilde ved ESRF betød, at hele intakte skalaer kunne måles, som var afgørende for at forstå dem og modellere, hvordan de spreder lys. For at følge hvordan det syntetiske materiale blev dannet, de brugte igen ESRF til at bekræfte dannelsesmekanismen, da laget tørrede og blev struktureret.

Dr. Stephanie Burg, en ph.d. Forsker ved University of Sheffield sagde:"Denne forskning besvarer mangeårige spørgsmål om, hvordan strukturen inde i disse skalaer faktisk dannes, og vi håber, at disse erfaringer fra naturen vil hjælpe med at informere fremtiden for bæredygtig fremstilling af maling."

Holdet brugte også instrumentet Larmor ved ISIS Spallation Neutron Source, som målte nanostrukturen af ​​de syntetiske hvide, de lavede. Dette var på Rutherford Appleton Laboratory i Oxfordshire - en del af Science and Technologies Facilities Council.

Arbejdet er udført i samarbejde med belægningsfirmaet AkzoNobel, producenter af Dulux -maling. Papiret Liquid-liquid phase separation morfologier i ultrahvide billeskæl og en syntetisk ækvivalent blev offentliggjort i dag (29. august 2019) i Naturkommunikationskemi .