«Пластмассы, сделанные из нефти, невозобновляемого ресурса, слишком долго остаются на нашей земле и в воде, когда их выбрасывают», – сказала Руфина Аламо, профессор кафедры химической и биомедицинской инженерии. «Мы изучаем, как экологически чистые полимеры нагреваются и охлаждаются, чтобы мы могли производить более« экологически чистые »пластмассы."
Аламо и бывший докторант Сяоши Чжан, ныне постдокторант в Пенсильванском университете, недавно опубликовали эту работу в серии статей, посвященных кристаллизации «зеленых» полимеров. Последняя статья появилась в качестве обложки в Macromolecules, ведущем журнале по полимерным наукам.
«Во всем мире существует мотивация изменить способ производства самых больших объемов пластмасс», – сказал Аламо. "Химики и физики-полимеры прилагают все усилия, чтобы производить материалы-заменители, чтобы избавиться от проблемных пластиковых отходов."
Определение правильной температуры для обработки является ключом к производству лучших материалов, которые помогут ученым заменить недорогие полимеры, сделанные из нефти, на экономически жизнеспособные и устойчивые полимеры.
«Важно, как полимер плавится и охлаждается для придания желаемой формы», – сказал Аламо. «Мы пытаемся разобраться в тонкостях кристаллизации, чтобы лучше понять процесс трансформации."
Команда изучает тип полимера, называемый «полиацетали с длинными промежутками», который используется в пластмассах. Синтезированные в лаборатории Университета Констанца в Германии, длинные полиацетали, используемые командой Аламо, получены из экологически чистой биомассы. Они содержат полиэтиленовую основу, связанную с ацетальными группами на точно равных расстояниях.
Структура сочетает в себе прочность полиэтилена с гидролитической разлагаемостью ацетальной группы. Этот тип полимера прочен, но легче разрушается с водой, чем традиционные полимеры.
«Мы обнаружили, что эти типы полимеров кристаллизуются необычным образом при охлаждении после плавления», – сказал Аламо.
Во время процесса охлаждения молекулы, которые выглядят как изогнутые пряди спагетти из расплавленного пластика, распутываются, образуя кристаллы, которые отвечают за прочность конечного материала.
Группа Аламо показала, что кристаллизация полимера контролируется молекулярными событиями, происходящими на фронте роста кристаллов.
Исследователи обнаружили, что при быстром охлаждении эти полиацетали становятся твердыми и кристаллическими, а молекулы самоорганизуются в кристалл, называемый «Форма I».«При медленном охлаждении материал также очень кристаллический, но образующиеся кристаллы совершенно разные и называются« Форма II ».«При охлаждении при промежуточных температурах материал вообще не затвердевает. По словам исследователей, это явление никогда не наблюдалось ни в каких других кристаллических полимерах.
«Чтобы кристаллы образовались, сначала необходимо преодолеть энергетический барьер», – сказал Аламо. «При низких температурах легко образуются кристаллы. При высоких температурах кристаллы более стабильны, а при промежуточных температурах кристаллы конкурируют за формирование, и материал не может затвердеть."
«Это важное открытие, потому что это важный ключ к пониманию того, как пластмассы, которые мы используем, становятся твердыми», – сказала она. "Мы хотим предоставить отрасли наилучшие возможные процессы трансформации. Нам нужны экологически чистые пластмассы, которые не деформируются и не затвердевают."
Исследование может предоставить новые способы производства пластмасс, которые будут более экономичными в производстве и устойчивыми.
Это исследование поддержано грантом Национального научного фонда.