Planetarisk kuglefræsning hjælper med at beskytte vores planet mod plastikforurening

Plast er allestedsnærværende i det moderne liv; desværre, når de mister funktion, de forurener miljøet. Nu, forskere ved Osaka University har udviklet polymermaterialer, der kombinerer selvhelbredende med styrke og genanvendelighed, der kan forlænge den funktionelle levetid af fremstillet plastik, derved minimeres det stigende problem med kasserede rester.

Polymerer er alsidige stoffer, sammensat af mange gentagne molekylære underenheder, med væsentlige og mangfoldige funktioner i biologiske processer og industri. Desværre, deres holdbarhed er tveægget:plastaffald genererer affald og kan forurene vores miljø i århundreder. Der produceres omkring 50 kg plastik årligt til hvert menneske; dette fordobles hvert årti. Inden år 2050, der kan være mere plastik i vores have end fisk. Da plast er uundværligt, forlænge deres funktionelle levetid ved at forbedre holdbarheden, selvhelbredende og genanvendelighed kan hjælpe med at reducere spild.

Vært-gæst interaktioner, en fascinerende gren af ​​supramolekylær kemi, beskriver molekylære komplekser holdt i unikke strukturelle forhold ved ikke-kovalent binding. Disse fysiske bindinger tillader molekylær genkendelse og er ideelle til fremstilling af materialer med hurtigt reversible egenskaber.

"Vi fremstillede supramolekylære materialer ved at blande værts- og gæstepolymerer af acetyleret β-cyclodextrin og adamantan, " forklarer Junsu Park, hovedforfatter. "Vi sammenlignede tre blandingsmetoder:konventionel støbning, planetarisk æltning og kuglefræsning. Kuglefræsning anvender zirkoniakugler i en slibekrukke af zirkoniumoxid på et solhjul, der roterer excentrisk omvendt. De ekstra rotationskræfter på slibefladerne og samspillet mellem stød og friktion forårsager blanding i nanoskala."

Forskerne analyserede polymererne ved at såre, gentilslutning, som belægning af et glasunderlag og efter gentagen kuglefræsning. Ved hjælp af dynamisk mekanisk analyse, målinger af termiske egenskaber, små vinkel røntgenspredningsmålinger, og konfokal laser scanningsmikroskopi, osv. de vurderede ridsefasthed, deformerbarhed og trækstyrke.

Resultaterne var bemærkelsesværdige. Planetarisk blanding producerede effektivt sejt, selvhelbredende, og genanvendelige supramolekylære materialer. Overfladeridser forsvandt på få sekunder, og brudstykker forenede sig på få minutter. I øvrigt, mekaniske egenskaber blev bevaret selv efter gentagen formaling. "Kuglefræsning adskiller polymerkæderne i materialerne og øger deres mobilitet, samtidig med at de letter deres gendannelse, " Park forklarer. "Dette opretholder antallet af vært-gæst-interaktioner, sikrer både selvhelbredelse og sejhed."

Seniorforfatter Yoshinori Takashima beskriver potentialet i disse opdagelser:"Vi kan udvikle hårde materialer, der er i stand til at reparere sig selv, og som bevarer disse egenskaber, selv når de genbruges. Forlængelse af deres funktionelle levetid er nøglen til at spare miljøet, da de i stigende grad anvendes i fremstillingen. Derudover , deres unikke biomimetiske egenskaber åbner op for anvendelsesmuligheder inden for områder som kunstig hud til proteser, robotter og endda køretøjer."