Νέο ανακυκλώσιμο πλαστικό, κατάλληλο για βιομηχανικές εφαρμογές

Ερευνητές της εταιρείας ΙΒΜ ανακάλυψαν -και μάλιστα τυχαία- μια νέα κατηγορία συνθετικών πολυμερών υλικών, από τα οποία μπορεί να δημιουργηθεί μια νέα γενιά ανακυκλώσιμων βιομηχανικών θερμοπλαστικών. Η ανακάλυψη μπορεί μελλοντικά να βρει σημαντικές εφαρμογές σε τομείς όπως οι μεταφορές, η αεροδιαστημική και η μικροηλεκτρονική.

Οι επιστήμονες της ΙΒΜ, με επικεφαλής τον επιστήμονα των εξελιγμένων υλικών Τζέιμς Χέντρικ, σε συνεργασία με ερευνητές του Πανεπιστημίου Μπέρκλεϊ της Καλιφόρνια, του ολλανδικού Πανεπιστημίου του Αϊντχόβεν και του σαουδαραβικού ερευνητικού ινστιτούτου KACST, έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Σάιενς», σύμφωνα με το BBC και τους «Τάιμς της Νέας Υόρκης».

H νέα κατηγορία υλικών περιλαμβάνει αφενός δυνατά και άκαμπτα πλαστικά, αφετέρου εύκαμπτα τζελ, που προσαρμόζονται ανάλογα με τις ανάγκες της χρήσης τους. Η ανακάλυψη μπορεί να οδηγήσει σε φθηνότερα και πιο φιλικά στο περιβάλλον αυτοκίνητα, αεροπλάνα και ηλεκτρονικά (ημιαγωγούς κ.α.). Είναι η πρώτη φορά που θερμοσκληρυνόμενα πλαστικά (thermoset) είναι δυνατό να παραχθούν σε ανακυκλώσιμη μορφή. Μέχρι σήμερα αυτά τα υλικά ήσαν μη ανακυκλώσιμα.

Όπως έχει συμβεί συχνά στην ιστορία της επιστήμης, η ανακάλυψη έγινε με τυχαίο τρόπο στα εργαστήρια της ΙΒΜ στο Σαν Χοσέ της Καλιφόρνια, όταν η χημικός Τζίνετ Γκαρσία ξέχασε να προσθέσει ένα συστατικό σε μια χημική αντίδραση που πραγματοποιούσε πειραματικά. Προέκυψε έτσι ένα νέου τύπου λευκό πλαστικό και, όπως δήλωσε η ίδια χαρακτηριστικά, «δεν ήξερα τι ήταν αυτό το πράγμα. Έπρεπε να σπάσω τη σφαιρική εργαστηριακή φιάλη με ένα σφυρί για να το βγάλω έξω». Εξίσου τυχαία είχε ανακαλυφτεί, το 1938, το «τεφλόν» από τον χημικό Ρόι Πλάνκετ της εταιρείας DuPont.

Το νέο πολυμερές υλικό αποδείχτηκε τρομερά σκληρό και σταθερό. Επιπλέον, με την κατάλληλη επεξεργασία με οξύ, είναι δυνατό να επανέλθει στα αρχικά χημικά συστατικά του (μονομερή), έτσι ώστε αυτά να ανακυκλωθούν σε κάποια νέα χρήση.

Τα πολυμερή χαρακτηρίζονται από πολύπλοκες μακριές αλυσίδες μικρότερων και απλούστερων μορίων, συνδεδεμένων μεταξύ τους με χημικούς δεσμούς. Είναι πανταχού παρόντα στην καθημερινή ζωή μας, στα ρούχα και τις φιάλες (πολυεστέρες), στα χρώματα (πολυακριλικά), στα πλαστικά μπουκάλια (πολυαιθυλένιο), στις συσκευασίες τροφίμων (πολυστυρένιο κ.α.), στα εξαρτήματα αυτοκινήτων και αεροπλάνων (πολυαμίδια, πολυιμίδια κ.α.). Όπως είπε ο Χέντρικ, «ζούμε στην εποχή των πολυμερών».

Αν και παραλλαγές των υπαρχόντων πολυμερών ανακαλύπτονται κατά καιρούς, τα νέα ανακυκλώσιμα θερμοπλαστικά θεωρούνται η πρώτη σημαντική νέα «οικογένεια» πολυμερών, που έχει ανακαλυφτεί εδώ και τουλάχιστον δύο δεκαετίες. Είναι η πρώτη στον κόσμο κατηγορία υλικών, που είναι πιο δυνατά από τα οστά και, ταυτόχρονα, πλήρως ανακυκλώσιμα.

Επειδή είναι ανθεκτικά και ελαφριά, τα υφιστάμενα θερμοπλαστικά χρησιμοποιούνται στα σύγχρονα αυτοκίνητα και αεροπλάνα, συχνά σε ανάμιξη με νανοσωλήνες άνθρακα, ώστε να σχηματιστούν άλλα σύνθετα υλικά, που είναι έως 50% πιο ανθεκτικά και έχουν ιδιότητες παρεμφερείς με εκείνες των μετάλλων, αλλά με το συγκριτικό πλεονέκτημα του μικρότερου βάρους. Περίπου το 50% του νέου αεροσκάφους Airbus A350 θα κατασκευαστεί από τέτοια υλικά.

Μέχρι τώρα όμως, κανένα από αυτά τα θερμοπλαστικά δεν ήταν δυνατό να ανακυκλωθεί μετά τη θερμική επεξεργασία που είχε υποστεί. Η νέα ανακάλυψη χαιρετίστηκε ως σημαντική, καθώς πλέον, όταν ένα τέτοιο ακριβό συνθετικό υλικό καταστραφεί ή ολοκληρώσει τον κύκλο της ζωής του, θα μπορεί να επισκευάζεται επιτόπου ή να ανακυκλώνεται, αντί να πετιέται στις χωματερές ή στις θάλασσες - με ό,τι αυτό συνεπάγεται για την επιβάρυνση του περιβάλλοντος και την αύξηση του κόστους παραγωγής.

Οι ερευνητές, όπως είπε ο Χέντρικ, αισιοδοξούν ότι, πέρα από το όφελος της ανακύκλωσης, θα βρουν σταδιακά και νέες καινοτομικές εφαρμογές του νέου υλικού. «Κάθε φορά που ανακαλύπτεται μια νέα χημική αντίδραση που δημιουργεί πολυμερή, αυτό οδηγεί σε όλων των ειδών τα νέα υλικά», τόνισε ο αμερικανός ερευνητής.

Ήδη, οι επιστήμονες προσάρμοσαν κατάλληλα τη διαδικασία, χρησιμοποιώντας διαφορετικά μονομερή ως συστατικά, για να παράγουν πλέον όχι ένα σκληρό θερμοπλαστικό, αλλά μία εύκαμπτη ελαστική γέλη (τζελ), που μπορεί να αυτο-επιδιορθώνεται, δηλαδή να επανέρχεται μόνο της στην αρχική κατάστασή της, όταν υποστεί κάποια ρωγμή. Ένα τέτοιο εύπλαστο υλικό μπορεί μελλοντικά να αξιοποιηθεί από τη βιομηχανία καλλυντικών, τη βιομηχανία χρωμάτων, τη φαρμακοβιομηχανία κ.α.

Προσωρινά, τα νέα υλικά έχουν ονομαστεί «Titan» (το σκληρό) και «Hydro» (το εύκαμπτο). Δεν είναι ακόμη έτοιμα για εμπορική χρήση, αλλά κάτι τέτοιο είναι απλώς θέμα χρόνου.

Πηγή: ΑΜΠΕ