Kunststoffen zijn alomtegenwoordig in het moderne leven; helaas, zodra ze hun functie verliezen, ze vervuilen het milieu. Nutsvoorzieningen, onderzoekers van de universiteit van Osaka hebben polymeermaterialen ontwikkeld die zelfgenezing combineren met sterkte en recycleerbaarheid die de functionele levensduur van vervaardigde kunststoffen zouden kunnen verlengen, waardoor het stijgende probleem van afgedankte restanten wordt geminimaliseerd.

Polymeren zijn veelzijdige stoffen, samengesteld uit vele herhalende moleculaire subeenheden, met essentiële en diverse functies in biologische processen en industrie. Helaas, hun duurzaamheid is tweesnijdend:afvalplastic genereert zwerfvuil en kan ons milieu eeuwenlang vervuilen. Per mens wordt jaarlijks ongeveer 50 kg plastic geproduceerd; dit verdubbelt elk decennium. Tegen het jaar 2050, misschien zit er meer plastic in onze oceanen dan vissen. Omdat kunststoffen onmisbaar zijn, hun functionele levensduur verlengen door de duurzaamheid te verbeteren, zelfherstel en recycleerbaarheid kunnen helpen om afval te verminderen.

Gast-gast interacties, een fascinerende tak van supramoleculaire chemie, beschrijft moleculaire complexen die in unieke structurele relaties worden gehouden door niet-covalente binding. Deze fysieke verbindingen maken moleculaire herkenning mogelijk en zijn ideaal voor het bereiden van materialen met snel omkeerbare eigenschappen.

"We hebben supramoleculaire materialen bereid door gastheer- en gastpolymeren van geacetyleerd β-cyclodextrine en adamantaan te mengen, " legt Junsu Park uit, hoofdauteur. "We vergeleken drie mengmethoden:conventioneel gieten, planetair kneden en kogelmalen. Kogelfrezen maakt gebruik van zirkonia-kogels in een zirkonia-slijppot op een zonnewiel dat excentrisch in omgekeerde richting draait. De extra rotatiekrachten op de slijpvlakken en het samenspel tussen impact en wrijving veroorzaken vermenging op nanoschaal."

De onderzoekers analyseerden de polymeren door verwonding, opnieuw deelnemen, als coating van een glassubstraat en na herhaald kogelmalen. Met behulp van dynamische mechanische analyse, thermische eigenschapsmetingen, kleine hoek röntgenverstrooiingsmetingen, en confocale laser scanning microscopie, enz. ze beoordeelden de krasbestendigheid, vervormbaarheid en treksterkte.

De resultaten waren opmerkelijk. Planetaire menging efficiënt geproduceerd taai, zelfgenezend, en recyclebare supramoleculaire materialen. Oppervlakkrassen verdwenen in seconden en gebroken fragmenten verenigden zich in minuten. Bovendien, mechanische eigenschappen bleven behouden, zelfs na herhaald malen. "Kogelfrezen ontwart de polymeerketens in de materialen en verhoogt hun mobiliteit terwijl hun hervorming wordt vergemakkelijkt, Park legt uit. "Dit houdt het aantal gast-gast interacties in stand, zorgen voor zowel zelfgenezing en taaiheid."

Senior auteur Yoshinori Takashima beschrijft het potentieel van deze ontdekkingen:"We kunnen taaie materialen ontwikkelen die zichzelf kunnen repareren en die deze eigenschappen behouden, zelfs wanneer ze worden gerecycled. Het verlengen van hun functionele levensduur is van cruciaal belang om het milieu te sparen, aangezien ze steeds vaker bij de fabricage worden gebruikt. , hun unieke biomimetische eigenschappen openen mogelijkheden voor toepassing op gebieden zoals kunstmatige huid voor prothesen, robots en zelfs voertuigen."