Negli ultimi tre anni, il Ph.D. La candidata Sophie van Lange si è dedicata a un obiettivo chiaro:produrre plastica che sia allo stesso tempo dura e sostenibile. La plastica che utilizziamo oggi è riciclabile oppure resistente e dura, non entrambe le cose. Van Lange si è allontanato dai tradizionali approcci chimici per produrre plastica e ha sviluppato un metodo completamente nuovo per creare plastica durevole e riutilizzabile in un modo completamente nuovo. Il trucco? Forze fisiche.
Il processo inizia con una configurazione apparentemente semplice:una polvere gialla in un piatto e una polvere bianca in un altro. Sciogliendo e combinando queste due soluzioni e sottoponendole a calore e pressione in una pressa a caldo, Van Lange trasforma queste sostanze in un pezzo di plastica rettangolare che misura due centimetri per mezzo entro due settimane.
In condizioni normali, la plastica risultante è robusta e dura ma diventa riformabile se riscaldata. Lei si riferisce a queste plastiche innovative come "complessitori". Van Lange e i suoi colleghi ne parlano in Science Advances .
La plastica è onnipresente nella nostra vita quotidiana e serve come imballaggio per peperoni e cetrioli al supermercato o come imballaggio per nuovi giocattoli. "Ma la plastica è incorporata anche nelle scarpe che ho ai piedi e negli occhiali sul naso", dice Van Lange, indicando le sue montature rosa. Eppure raramente consideriamo cosa succede a questi materiali dopo la rottura delle scarpe o quando hai bisogno di nuovi occhiali.
"Si possono portare i vecchi oggetti in un punto di riciclaggio, ma quasi nessuno sa esattamente cosa succede loro dopo", dice il giovane ricercatore. Considera la suola di una scarpa, anch'essa un tipo di plastica. Dopo l'uso non possiamo far altro che bruciarlo o macinarlo. Altri tipi di plastica, come il sacchetto attorno a un peperone o lo strato di un cartone del latte, possono essere riciclati.
"Sarebbe fantastico se potessimo lavorare tutta la plastica in modo sostenibile", afferma Van Lange. È guidata dal suo amore per i materiali sostenibili e lavora su questa plastica innovativa nel gruppo di sedie Physical Chemistry and Soft Matter. "Penso che i materiali sostenibili siano davvero fantastici", afferma.
"Su scala molecolare, la plastica è costituita da lunghe catene", spiega Van Lange. Nella plastica dura tradizionale, queste catene sono collegate da legami chimici incrociati per aumentarne la resistenza. Tuttavia, questi legami incrociati sono così robusti che il riciclaggio diventa quasi impossibile. Ecco perché Van Lange ha riprogettato queste plastiche senza legami chimici incrociati, questa volta utilizzando forze fisiche regolabili.
"Metà delle catene che compongono la nostra plastica sono caricate positivamente", spiega Van Lange.
"L'altra metà ha carica negativa." Quando li metti in contatto tra loro correttamente, si attraggono, proprio come due magneti. Ciò mantiene insieme le catene senza la necessità di legami incrociati chimici. Quando riscaldato, l'attrazione tra le parti si indebolisce, consentendo all'intero materiale di rimodellarsi. "Ciò consente di riutilizzare la plastica o, ad esempio, di riparare un foro o altri danni nella plastica con il calore", afferma Van Lange.
Finora, il dottorato di ricerca. il candidato ha prodotto circa tre grammi della nuova plastica. "Ci è voluto un po' di tempo prima che io e i miei colleghi ottenessimo effettivamente la plastica desiderata", afferma. Tutto si riduceva all'attrazione:in natura, le particelle positive e negative si attraggono fortemente a vicenda. Ciò rende i materiali fragili e quasi impossibili da deformare quando riscaldati. "L'innovazione sta nell'allentare sufficientemente tale carica", afferma Van Lange.
Lo ha ottenuto con una sorta di “ombrello molecolare” che scherma parzialmente le cariche positive e negative nella plastica. "In questo modo abbiamo ottenuto la forza di attrazione perfetta e, di conseguenza, una plastica facilmente deformabile se riscaldata", afferma il dottorando. candidato. Inoltre, questi ombrelli sono idrorepellenti, garantendo che la plastica rimanga robusta anche se esposta all'acqua. La suola della scarpa realizzata con la nuova plastica rimane robusta quando si entra in una pozzanghera. "Il materiale caricato è quasi sempre sensibile all'acqua, quindi ottenere questo risultato è davvero speciale", aggiunge Van Lange.
La nuova plastica non è ancora del tutto pronta. Ad esempio, il materiale non è ancora abbastanza flessibile, secondo Van Lange:"Abbiamo dimostrato che il concetto funziona, ma ora dobbiamo trovare un modo per conferirgli proprietà più simili alla gomma". Il ricercatore spera di raggiungere questo obiettivo riducendo la carica dei complessanti, magari modificando gli elementi costitutivi delle catene che compongono la plastica.
"Un'alternativa potrebbe essere quella di ampliare gli ombrelli molecolari", afferma Van Lange. Considera anche la possibilità di modificare il tipo di catene. "Attualmente utilizziamo il polistirene, una molecola rigida", spiega il dottorando. candidato. "Se lo sostituissimo con una variante più flessibile, potremmo già ottenere una plastica più pieghevole."
Sebbene la plastica non sia ancora pronta per il mercato, il Ph.D. il candidato spera che il suo lavoro possa ispirare altri ricercatori. La sua ricerca dimostra che pensare fuori dagli schemi può portare a materiali completamente nuovi. "Voglio motivare altri scienziati a guardare i materiali in modo diverso e a usarli in modi non convenzionali", conclude Van Lange.
Ulteriori informazioni: Sophie G. M. van Lange et al, Legame ionico moderato per materiali complessi polielettrolitici riciclabili privi di acqua, Progressi scientifici (2024). DOI:10.1126/sciadv.adi3606
Informazioni sul giornale: La scienza avanza
Fornito dall'Università di Wageningen
