I ricercatori dell’Università di Tokyo hanno sviluppato una plastica innovativa che è più resistente ed elastica rispetto all’attuale tipo standard. La plastica è anche parzialmente biodegradabile, ricorda la sua forma e può essere guarita con il calore. I ricercatori lo hanno creato aggiungendo la molecola polirotassano a un vitrimero di resina epossidica, un tipo di plastica.
Denominato VPR, il materiale può mantenere la sua forma e ha forti legami chimici interni a basse temperature. Tuttavia, a temperature superiori a 150° Celsius, questi legami si ricombinano e il materiale può riformarsi in forme diverse.
L'applicazione di calore e un solvente scompone il VPR nei suoi componenti grezzi. Anche l’immersione in acqua di mare per 30 giorni ha comportato una biodegradazione del 25%, con la scomposizione del polirotaxano in una fonte di cibo per la vita marina. Questo nuovo materiale potrebbe avere applicazioni di vasta portata per un'economia più circolare volta a ricircolare le risorse e ridurre i rifiuti, dall'ingegneria e produzione, alla medicina e alla moda sostenibile.
Lo studio "Polirotassano contenente vitrimero termoindurente sostenibile e rispettoso dell'ambiente" è pubblicato sulla rivista ACS Materials Letters .
Nonostante le campagne globali per frenare l’uso e i rifiuti di plastica, è difficile evitare questo materiale onnipresente. Dai giocattoli ai vestiti, dagli articoli per la casa all'elettronica, ai veicoli e alle infrastrutture, oggigiorno può sembrare che sia presente in quasi tutto ciò che usiamo. Sebbene siano utili, ci sono molti problemi associati al ciclo di vita e allo smaltimento della plastica.
Sviluppare alternative che durino più a lungo, possano essere riutilizzate e riciclate più facilmente o che provengano da fonti rispettose dell'ambiente è fondamentale per contribuire a risolvere questi problemi e realizzare molti degli obiettivi di sviluppo sostenibile delle Nazioni Unite.
Con questo in mente, i ricercatori dell’Università di Tokyo hanno creato una plastica più sostenibile, basata su un vitrimero di resina epossidica. I vitrimeri sono una classe relativamente nuova di plastica, solida e resistente a temperature più basse (come la plastica termoindurente, utilizzata per realizzare stoviglie resistenti al calore), ma che può anche essere rimodellata più volte a temperature più elevate (come la plastica termoplastica, utilizzata per le bottiglie di plastica). ). Tuttavia, sono generalmente fragili e non possono essere allungati molto prima di rompersi.
Aggiungendo una molecola chiamata polirotaxano, il team è stato in grado di creare una versione notevolmente migliorata che hanno chiamato VPR (vitrimero incorporato con polirotaxano [PR]).
"Il VPR è cinque volte più resistente alla rottura di un tipico vitrimero di resina epossidica", ha affermato il professore assistente al progetto Shota Ando della Graduate School of Frontier Sciences. "Inoltre si ripara 15 volte più velocemente, può recuperare la sua forma memorizzata originale due volte più velocemente e può essere riciclato chimicamente 10 volte più velocemente del tipico vitrimero. Si biodegrada anche in modo sicuro in un ambiente marino, una novità per questo materiale. "
Il polirotaxano ha suscitato interesse nella scienza e nell'industria per la sua capacità di migliorare la tenacità di diversi materiali. In questo studio, la migliorata robustezza del VPR ha fatto sì che si potessero creare e conservare forme più complesse anche a basse temperature (come la gru origami nel video fornito con questa versione).
Anche lo smaltimento o il riciclaggio sono stati più facili rispetto ai vitrimeri senza polirotassano, ha spiegato Ando.
"Sebbene questa resina sia insolubile in vari solventi a temperatura ambiente, può essere facilmente scomposta fino al livello della materia prima quando immersa in un solvente specifico e riscaldata. Ha inoltre mostrato una biodegradazione del 25% dopo l'esposizione all'acqua di mare per 30 giorni. In confronto, il vitrimero senza PR non ha subito alcuna biodegradazione apparente. Queste caratteristiche lo rendono un materiale ideale nella società odierna, che richiede il riciclaggio delle risorse," ha affermato Ando.
Dall'ingegneria alla moda, dalla robotica alla medicina, il team prevede applicazioni sia pratiche che ludiche per il VPR.
"Solo per fare alcuni esempi, i materiali infrastrutturali per strade e ponti sono spesso composti da resine epossidiche mescolate con composti come cemento e carbonio. Utilizzando il VPR, questi sarebbero più facili da manutenere poiché sarebbero più resistenti e guaribili utilizzando il calore", ha suggerito Andò.
"A differenza delle resine epossidiche convenzionali, questo nuovo materiale è duro ma estensibile, quindi ci si può aspettare che leghi fortemente materiali di diversa durezza e allungamento, come è necessario per la produzione di veicoli. Inoltre, poiché ha memoria di forma, modifica della forma e modifica della forma capacità di recupero, un giorno potresti anche essere in grado di riorganizzare la silhouette dei tuoi vestiti preferiti a casa con un asciugacapelli o un ferro da stiro."
Il prossimo passo del team sarà collaborare con le aziende per determinare la fattibilità delle varie idee per VPR, oltre a continuare la ricerca in laboratorio. "Ho sempre pensato che le plastiche esistenti siano molto difficili da recuperare e smaltire perché sono suddivise in base al loro utilizzo", spiega Ando. "L'ideale sarebbe se potessimo risolvere molti dei problemi del mondo con un unico materiale come questo."
Ulteriori informazioni: Shota Ando et al, Polirotassano contenente vitrimero termoindurente sostenibile e rispettoso dell'ambiente, lettere sui materiali ACS (2023). DOI:10.1021/acsmaterialslett.3c00895
Fornito dall'Università di Tokyo
