De senaste tre åren har Ph.D. kandidat Sophie van Lange har varit dedikerad till ett tydligt mål:att producera plast som är både hård och hållbar. Den plast vi använder idag är antingen återvinningsbar eller stark och hård – inte båda. Van Lange steg bort från traditionella kemiska tillvägagångssätt för att tillverka plast och utvecklade en helt ny metod för att skapa hållbar och återanvändbar plast på ett helt nytt sätt. Tricket? Fysiska krafter.
Processen börjar med en till synes enkel installation:ett gult pulver i en maträtt och ett vitt pulver i en annan. Genom att lösa upp och kombinera dessa två lösningar, och utsätta dem för värme och tryck i en varmpress, omvandlar Van Lange dessa ämnen till en rektangulär plastbit som mäter två gånger en halv centimeter inom två veckor.
Under normala förhållanden är den resulterande plasten robust och hård men blir reformerbar när den värms upp. Hon hänvisar till dessa innovativa plaster som "kompleximerer". Van Lange och hennes kollegor rapporterar om detta i Science Advances .
Plast finns överallt i vårt dagliga liv och fungerar som förpackning för paprika och gurka i snabbköpet eller som förpackning för nya leksaker. "Men plast finns också inbyggt i skorna på mina fötter och glasögonen på min näsa", säger Van Lange och pekar på hennes rosa bågar. Ändå tänker vi sällan på vad som händer med dessa material efter att skorna gått sönder eller när du behöver nya glasögon.
– Man kan ta gamla föremål till en återvinningsstation, men knappast någon vet exakt vad som händer med dem efteråt, säger den unge forskaren. Tänk på en skosula, som också är en typ av plast. Efter användning kan vi inte göra något med den förutom att bränna eller mala den. Annan plast, som påsen runt en paprika eller lagret i en mjölkkartong, kan återvinnas.
"Hur bra skulle det vara om vi kunde bearbeta all plast på ett hållbart sätt", säger Van Lange. Hon drivs av sin kärlek till hållbara material och arbetar med denna innovativa plast i stolgruppen Physical Chemistry and Soft Matter. "Jag tycker att hållbara material är riktigt coola", säger hon.
"I molekylär skala består plast av långa kedjor", förklarar Van Lange. I traditionell hårdplast är dessa kedjor förbundna med kemiska tvärbindningar för styrka. Men dessa tvärbindningar är så robusta att återvinning blir nästan omöjlig. Det är därför Van Lange designade om dessa plaster utan kemiska tvärbindningar, denna gång med justerbara fysiska krafter.
"Hälften av kedjorna som utgör vår plast är positivt laddade", förklarar Van Lange.
"Den andra halvan är negativt laddad." När du för dem i kontakt med varandra på rätt sätt, attraherar de varandra, precis som två magneter. Detta håller ihop kedjorna utan behov av kemiska tvärbindningar. Vid uppvärmning försvagas attraktionen mellan delarna, vilket gör att hela materialet kan omformas. "Detta gör att plasten kan återanvändas eller till exempel reparera ett hål eller andra skador i plasten med värme", säger Van Lange.
Hittills har Ph.D. kandidaten har producerat cirka tre gram av den nya plasten. – Det tog ett tag innan jag och mina kollegor faktiskt hade den önskade plasten, säger hon. Det hela kokade ner till attraktion:i naturen attraherar positiva och negativa partiklar varandra starkt. Detta gör material spröda och nästan omöjliga att deformera när de värms upp. "Innovationen ligger i att försvaga den avgiften tillräckligt", säger Van Lange.
Det uppnådde hon med ett slags "molekylärt paraply" som delvis skyddar de positiva och negativa laddningarna i plasten. "Det är så vi uppnådde den perfekta attraktionskraften och följaktligen plast som är lätt deformerbar när den värms upp", säger doktorn. kandidat. Dessutom är dessa paraplyer vattenavvisande, vilket säkerställer att plasten förblir robust när den utsätts för vatten. En skosula gjord av den nya plasten förblir stadig när du kliver in i en pöl. "Laddat material är nästan alltid känsligt för vatten, så att uppnå detta är väldigt speciellt", tillägger Van Lange.
Den nya plasten är ännu inte helt klar än. Till exempel är materialet ännu inte tillräckligt flexibelt, enligt Van Lange säga, "Vi visar att konceptet fungerar, men nu måste vi hitta ett sätt att ge det mer gummiliknande egenskaper." Forskaren hoppas kunna uppnå detta genom att minska laddningen i kompleximerer, kanske genom att justera byggstenarna i kedjorna som utgör plasten.
"Ett alternativ kan vara att förstora de molekylära paraplyerna", säger Van Lange. Hon överväger också att ändra typen av kedjor. "Vi använder för närvarande polystyren, en styv molekyl", förklarar Ph.D. kandidat. "Om vi byter ut den mot en mer flexibel variant kanske vi redan får en mer böjbar plast."
Även om plasten ännu inte är klar för marknaden har doktoranden doktorsexamen. kandidaten hoppas att hennes arbete kommer att inspirera andra forskare. Hennes forskning visar att tänkande utanför ramarna kan leda till helt nya material. "Jag vill motivera andra forskare att se på material annorlunda och använda dem på okonventionella sätt", avslutar Van Lange.
Mer information: Sophie G. M. van Lange et al, Modererad jonbindning för vattenfria återvinningsbara polyelektrolytkomplexmaterial, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adi3606
Journalinformation: Vetenskapens framsteg
Tillhandahålls av Wageningen University
