ساخت پلاستیکی نوین و پایدار، با استفاده از پیوندهای فیزیکی

در پی تحقق هدف ساخت پلاستیکی که در عین سخت بودن و برخورداری از خواص مکانیکی بالا، دوستدار محیط زیست نیز باشد، یک دانشجوی دکترا به نتایج جالبی دست یافت. اغلب محصولات پلاستیکی در دنیای امروز یا پلاستیک مهندسی سفت و سخت با مدول بالا اما غیر قابل بازیافت هستند و برعکس. تولید محصول پلاستیکی که درعین برخورداری از مدول بالا به راحتی قابل بازیافت باشد همواره با چالش‌هایی روبرو بوده است.

اما ون لانگ (Van Lange)، این دانشجوی دکترا از دانشگاه Wageningen، با تعبیه نیروهای فیزیکی در سیستم پلیمری به این مهم دست یافته است.

پروسه پیشنهادی او با یک سیستم به ظاهر ساده آغاز می‌شود: یک پودر زرد در یک ظرف و پودری سفید در ظرفی دیگر. با انحلال و ترکیب محلول این دو پودر با یکدیگر و قرار دادن این ترکیب در معرض حرارت و فشار در دستگاه hot press، محصول مورد نظر تهیه می‌شود.

تحت شرایط عادی، پلاستیک تولید شده سفت و سخت بوده اما تحت حرارت مجدد قابل شکل دهی است. به این مواد “compleximer” نیز گفته می شود.

پلاستیک‌ها در زندگی امروز بشر جزئی لاینفک به شمار رفته و نقش مهمی در بسته بندی، پوشاک، قطعات خودرویی و … ایفا می‌کنند. اما بعد از اتمام عمر مفید آن‌ها، تمام این پلاستیک‌ها قابل بازیافت نبوده و یا روند بازیافت آن‌ها به قدری مشکل است که توجیه اقتصادی ندارد.

اغلب مواد پلیمری که در دنیای امروزه کاربرد دارند، شبکه‌ای از زنجیرهای بلند هستند که با عوامل شبکه‌ای کننده شیمیایی به یکدیگر متصل شده اند. همین پیوندهای کوالانسی پرقدرت بین کراس لینکر و زنجیرهای پلیمری، هرچند مدول نهایی محصول را بالا می‌برد اما قابلیت بازیافت آن را تا حد زیادی محدود می‌کند. ون لانگ در پی ساخت مواد پلیمری است که در آن‌ها زنجیرها با یکدیگر نه توسط پیوند شیمیایی که به واسطه پیوند فیزیکی متصل شوند. در سیستم پیشنهادی او، نیمی از زنجیرهای سازنده محصول نهایی بار مثبت و نیمی دیگر حاوی بار منفی هستند. با نزدیک شدن این زنجیرها به یکدیگر، جاذبه بارهای ناهمنام پیوند و استحکام محصول نهایی را تامین می‌کند. همچنین با قرار دادن محصول در معرض حرارت، این پیوندها ضعیف شده و می‌توان ماده را از نو شکلدهی کرد و نقایص به وجود آمده در آن را تنها با حرارت برطرف کرد.

در حالت عادی جاذبه بیش از حد بارهای ناهمنام موجب شکننده شدن محصول نهایی و نیز عدم تاثیر حرارت در دفرمه کردن محصول به منظور شکل دهی مجدد آن می‌شود اما خلاقیت تیم تحقیقاتی ون لانگ، در تضعیف این جاذبه به میزان دلخواه بوده است. ون لانگ برای دستیابی به این هدف، با اصلاح پلی آنیون و پلی کاتیون مورد نظر خود، ساختاری تازه ابداع کرد که خود آن را نوعی “چتر مولکولی” می‌نامد. این چترهای مولکولی مثل حفاظی دور برخی بارهای مثبت و منفی را پوشانده و از این طریق تا حدی جاذبه بین دو زنجیر ناهمنام را تضعیف می‌کنند. با تنظیم قدرت پیوند الکترواستاتیک بین دو زنجیر می‌توان در عین برخورداری از جاذبه عالی، از سهولت تغییر فرم تحت حرارت اطمینان حاصل کرد. مضاف بر این، چترهای مولکولی مذکور ساختار آبگریز داشته و از این طریق، مقاومت محصول در برابر آب را تضمین میکنند. این در حالیست که ضعف پلیمرهای باردار در برابر آب و تمایل آن‌ها به جذب آب تا پیش از این موضوعی اثبات شده بود. در واقع با دستیابی به چنین تکنولوژی می‌توان کفی کفشی ساخت که در عین بازیافت پذیری، استحکام بالا و مقاومت چشم گیری در برابر آب و رطوبت دارد.   اما ون لانگ اذعان داشت که این ماده همچنان انعطاف پذیری بهینه را نداشته و تیم تحقیقاتی او به دنبال راهی برای افزایش انعطاف محصول پیشنهادی خود هستند. او احتمال می‌دهد که با کمتر کردن چگالی بار موجود روی زنجیره‌ها، تغییر پایه پلیمری و یا طویل‌تر کردن چترهای مولکولی این هدف محقق شود.