Пластмассы – неотъемлемая часть современной жизни: многогранность полимеров делает их универсальным материалом, который находит применение во множестве отраслей. Одним из достоинств пластмасс является их устойчивость к различным факторам воздействия, однако она же существенно затрудняет переработку и утилизацию подобных материалов. Японские учёные разработали пластик VPR, обладающий широчайшим спектром достоинств, среди которых – возможность простого разложения на базовые компоненты.

Исследователи из Токийского университета разработали новый материал, который гораздо лучше традиционных пластмасс поддаётся разложению не только в условиях специализированных заводов по переработке сырья, но даже в природе. Данный материал относится к группе витримеров – классу термореактивных полимеров, которые сохраняют форму при комнатной температуре, но поддаются деформациям при высоких температурах. В классическом виде они могут быть довольно хрупкими, но учёные доработали «рецепт», добавив в его состав молекулу полиротаксана. Итогом их экспериментов стал материал под названием VPR (витример, усиленный полиротаксаном), который получил множество неожиданных «способностей», недоступных другим пластмассам.

В частности, после разрезания скальпелем образец VPR смог полностью «восстановиться» при воздействии высокой температуры (150 °C) на протяжении всего 60 секунд. Кроме того, оказалось, что такой материал обладает эффектом памяти формы. В ходе эксперимента учёные сложили из него оригами фигурку журавля, а затем разровняли и нагрели: при нагреве пластик вернулся в форму птицы. По словам исследователей, этот материал проще других пластмасс поддаётся разделению на базовые компоненты – только тогда, когда он уже выполнил свои функции и подлежит переработке.

Так, в заводских условиях под воздействием специального растворителя и тепла молекулярные связи в его составе полностью разрушаются, оставляя лишь сырьё, готовое к повторному использованию. Если же VPR оказался в природе, то он оказывает на окружающую среду гораздо меньшее негативное влияние, чем другие пластмассы. Для демонстрации данного аспекта учёные поместили пластик в резервуар с морской водой: спустя 30 дней он разложился на 25%. При этом в процессе разложения он высвобождает молекулы, которые могут выступать источником пищи для морских обитателей.

Тесты на износостойкость также показали, что VPR превосходит традиционный эпоксидный витример по устойчивости, а при повреждениях он восстанавливается в 15 раз быстрее. К тому же он лучше и быстрее приобретает заданную форму при нагреве, а для его химической переработки необходимо в 10 раз меньше времени, чем для типичного витримера. И наконец – безвредное биоразложение в морской среде является кардинально новой характеристикой для данного типа материалов. Учёные считают, что подобный пластик найдёт применение в множестве отраслей. К примеру, он может заменить традиционные эпоксидные пластмассы в смесях с бетоном и пр. материалами в строительстве элементов инфраструктуры: дорог, мостов и пр. VPR позволит усилить их и сделать более стойкими к повреждениям, а также пригодными к самостоятельному восстановлению незначительных повреждений.

Источник фото: Environmentally Friendly Sustainable Thermoset Vitrimer-Containing Polyrotaxane / Shota Ando et al.