En professor vid University of Akron (UA) senaste utvecklingen inom bioplast har potential att göra viktiga framsteg i hållbarhet för framtida plast.

I labbet av Dr Shi-Qing Wang i UA:s School of Polymer Science and Polymer Engineering, teamet fokuserar på forskning som visar effektiva strategier för att göra spröda polymerer till tuffa och flexibla material. Till exempel, gruppen har nyligen producerat en prototyp poly (mjölksyra) (PLA) kopp som är transparent, super seg och krymper inte när den fylls med kokande vatten.

"Plast har blivit en viktig del av våra dagliga liv, även om de flesta inte kan återvinnas och därför samlas på deponier, säger Wang, som för närvarande fungerar som Kumho Polymer Science Professor. "Några lovande biologiskt nedbrytbara/komposterbara alternativ, som PLA, är vanligtvis inte tillräckligt starka för att ersätta traditionella fossila bränslebaserade polymerer som poly (etylentereftalat) (PET) eftersom dessa hållbara material är spröda. "

Dr Ramani Narayan, framstående professor vid Michigan State Universitys institution för kemiteknik och materialvetenskap, och känd forskare inom bioplastområdet, säger Wangs forskning har potential att bli ett genombrott på PLA -marknaden.

"PLA är världens främsta 100% biobaserade och helt komposterbara polymer, "säger Narayan." Men den har låg seghet och låg värmeformningstemperatur. Det mjuknar och kollapsar strukturellt runt 140 grader Fahrenheit, vilket gör den oanvändbar i många applikationer för förpackning av varma livsmedel och engångsbehållare. Dr Wangs forskning kan vara störande teknik eftersom hans prototyp PLA -kopp är tuff, transparent, och ändå stel att hålla kokande vatten. "

Wang, som har undervisat vid UA i 20 år, har försökt etablera en kunskapsbas för att förstå förhållandet mellan bearbetning-struktur-egendom för olika plaster och tillämpa den senaste förståelsen för att hantera PLA:s ökända sprödhet.

För att förklara vetenskapen bakom hur hans prototyp PLA -kopp kan få duktilitet och uppnå värmebeständighet, Wang använder analogin av kokt spaghetti. Om den smälta PLA förstoras med en miljon gånger, varje kedjeliknande molekyl skulle se ut som en spagettisträng, många meter i längd. För att termoplast (inklusive PLA) ska vara hård, det är viktigt att kristallisation inte avlägsnar eller stör sammanflätningen av "spagettisträngar".

Wang kallar denna sammanvävda struktur för "kedjanätverket". Det är genom en sådan struktur som vem som helst kan plocka upp nästan alla spagettistrådar ur en skål med ett par ätpinnar. Detta kedjanätverk, när den är korrekt manipulerad, säkerställer att PLA -dryckeskoppen är mekaniskt stark utan kristallisering. Men en sådan kommersiell kopp kollapsar när kokande vatten hälls i den. "Koppar gjorda av normalt kristalliserat PLA kan hålla kokande vatten men är fruktansvärt spröda och ogenomskinliga, sa Wang.

Genom att undersöka ursprunget för duktilitet i halvkristallina polymerer, Wangs forskargrupp upptäckte ett sätt att begränsa kristaller till nanoskopiska skalor i PLA samtidigt som nätet bevaras, vilket resulterar i klart, tuff och värmebeständig kopp. En sådan genomskinlig kopp kan innehålla varmt te och kaffe och kan ersätta de flesta plastdrycker på marknaden.

"Effekten av vår nya förståelse kan äntligen stimulera PLA -marknaden att växa exponentiellt, säger Wang.