I ricercatori giapponesi hanno sviluppato un nuovo tipo di plastica che è resistente (a temperatura ambiente), si degrada facilmente con un solvente ed è in grado di autoripararsi o ritornare alla sua forma originale (riscaldandola). Soprattutto, può biodegradarsi nell’acqua di mare e trasformarsi in cibo per la vita marina. Le applicazioni dei materiali spaziano dall’ingegneria e dalla medicina alle infrastrutture (leggere e pesanti) e alla moda sostenibile.

Nonostante gli sforzi globali volti a ridurre la produzione e l’uso della plastica, il materiale rimane onnipresente nella nostra vita quotidiana. Nonostante siano stati compiuti progressi significativi nelle tecnologie di riciclaggio, la produzione di plastica continua ad aumentare ogni anno. Il suo rilascio nelle discariche e negli oceani ha un impatto significativo non solo sull’ambiente, ma anche sulla salute pubblica.

Nel tentativo di ridurre questi impatti, gli scienziati stanno ora lavorando a soluzioni per la produzione circolare di plastica. Per fare ciò, i materiali devono avere una certa resistenza, malleabilità, proprietà di autoriparazione, memoria di forma, riciclabilità e biodegradabilità marina. In quest’ottica, i ricercatori dell’Università di Tokyo hanno creato un nuovo materiale plastico durevole, a base di resina epossidica vitrimerica.

Tuttavia, sebbene le macchine per il vetro abbiano la massima durabilità e proprietà di produzione circolare, sono generalmente fragili e possono rompersi facilmente se allungate. Aggiungendo una molecola chiamata polirotaxano, i ricercatori giapponesi hanno creato un’alternativa notevolmente migliorata. I dettagli sono disponibili nella rivista Pubblicazioni dell’ACS.

Biodegradazione marina in soli 30 giorni

Le resine epossidiche Vitrimer sono una nuova classe di plastiche che sono solide a temperatura ambiente e possono essere rimodellate a piacimento riscaldandole. Al di sopra dei 150 °C vengono attivati ​​scambi di legami e cambiamenti nella topologia della rete interconnessa del materiale. Pertanto, il materiale acquisisce malleabilità, ma non si scioglie, conferendogli un forte potenziale come polimero durevole ed ecologico.

Il nuovo materiale, chiamato polirotassano vetrificato (VPR), ha una resistenza che manca alle tradizionali resine epossidiche di vetro. I poliossatani sono assemblaggi di supermacromolecole a forma di collana, interconnesse e numerose molecole cicliche avvolte su polimeri coassiali. Reticolando (formando una o più reti tridimensionali tra macromolecole) con altri polimeri, migliorano significativamente la resistenza del materiale finale. Questa proprietà è dovuta alla capacità delle molecole cicliche di scivolare sui loro assi polimerici.

L’aggiunta di polirotassano ha permesso al nuovo materiale di conservare anche le forme più complesse a temperatura ambiente. ” Il VPR è cinque volte più resistente alla rottura rispetto alle tradizionali resine epossidiche », spiega in A dichiarazione Il lead designer del progetto e professore associato presso l’Università di Tokyo, Shota Ando. Il VPR ha mantenuto la durabilità intrinseca del vetro epossidico e può essere rimodellato come desiderato a partire da 150°C. Tuttavia, si autoripara 15 volte più velocemente e ritorna alla sua forma originale 2 volte più velocemente del vetro tradizionale.

Gli esperti giapponesi hanno dimostrato queste imprese utilizzando carta origami VPR a forma di gru (uccello). Dopo essere stato completamente smontato e raddrizzato, l’oggetto è stato rapidamente riportato alla sua forma originale (con tutti i suoi dettagli) mediante riscaldamento. Dopo essere stato graffiato con un bisturi, si è autoriparato in soli 60 secondi, esponendolo ad una temperatura di 150°C (pistola ad aria calda).

Inoltre, riscaldandolo e immergendolo in uno specifico solvente, si decompone nei suoi componenti grezzi e può essere riciclato (chimicamente) 10 volte più velocemente. ” Sebbene questa resina sia insolubile in vari solventi a temperatura ambiente, può facilmente decomporsi al livello della materia prima se immersa in un determinato solvente e riscaldata. Ando ha spiegato.

Inoltre, il VPR si biodegrada del 25% se immerso per soli 30 giorni in acqua di mare, e i frammenti di polirotassano risultanti possono essere utilizzati come cibo per animali marini, una novità assoluta per questo tipo di materiale. In confronto, il vetro senza polirotassano non ha subito alcuna biodegradazione marina significativa.

Applicazioni pratiche e divertenti

Le proprietà del VPR lo rendono un materiale ideale per la società odierna, in particolare per quella che richiede il riciclaggio delle risorse e la creazione di alternative più rispettose dell’ambiente alla plastica. Le prospettive applicative spaziano dall’ingegneria robotica alla moda sostenibile, passando per la medicina, la verniciatura automobilistica e le infrastrutture di ogni tipo.

Ad esempio, sarà più semplice mantenere strade e ponti aggiungendo VPR al calcestruzzo che li costituisce. Infatti, queste strutture sono generalmente costituite da una combinazione di resina epossidica e cemento o carbonio. Con l’aggiunta del VPR sarà sufficiente portare la temperatura dell’area ad un valore elevato affinché si autoripara.

La loro capacità di memorizzare e modificare la forma può interessare anche gli stilisti, ad esempio ricreando la forma degli abiti utilizzando un semplice asciugacapelli o un ferro da stiro. È importante notare che i tessili sintetici ne sono responsabili 35% Scarichi di microplastiche negli oceani. Materiali sostenibili come il VPR possono quindi contribuire a ridurre gli impatti di questo settore.

fonte : Pubblicazioni dell’ACS