суббота, 13 июля 2019 г.

Полимеры прыгают через обручи на пути к экологически чистым материалам

Перерабатываемые пластмассы, содержащие полимеры в форме кольца, могут стать ключом к разработке устойчивых синтетических материалов. Исследователи заявили, что, несмотря на некоторые многообещающие достижения, полное понимание того, как перерабатывать кольцевые полимеры в практические материалы, остается труднодостижимым. В новом исследовании исследователи определили механизм, называемый «нарезание резьбы», который имеет место при растяжении полимера - поведение, ранее не наблюдавшееся. Это новое понимание может привести к новым методам обработки устойчивых полимерных материалов.

Большинство потребительских пластиков представляют собой смеси линейных полимеров. Концепция пластмасс, изготовленных исключительно из кольцевых полимеров - молекул, образующих замкнутое кольцо, - представляет заманчивую возможность для устойчивости, как показывает группа «Автономные системы материалов» в Институте передовых наук и технологий Бекмана. Как только кольцевые полимеры, удерживающие одинарную связь, разрушаются вместе, вся молекула распадается, что приводит к распаду по требованию. Однако, по словам исследователей, переработка таких полимеров в практические материалы остается проблемой.
Исследование, проведенное в 2013 году в Университете Иллинойса, показало, что кольцевые полимеры могут разрушаться при нагревании, но это дорого обходится - результирующие пластмассы, вероятно, станут нестабильными и начнут преждевременно разрушаться.
В новом исследовании исследователи из США Чарльз Шредер и Юченг (Питер) Чжоу изучают динамику потока кольцевых и линейных растворов полимеров на основе ДНК, чтобы выяснить, как взаимодействуют синтетические полимеры во время обработки. 

«Нам не хватает фундаментального понимания того, как кольцевые полимеры растягиваются и движутся в потоке при навигации по другим соседним полимерным цепям. Эта работа позволила нам исследовать эти вопросы на на молекулярном уровне" , - сказал Шредер, профессор химической и биомолекулярной инженерии, исследователь Института Бекмана и соавтор исследования.
В лаборатории Шредера исследователи растягивают и сжимают полимеры, заставляя их течь и позволяя непосредственно наблюдать за поведением отдельных молекул с помощью одно-молекулярной флуоресцентной микроскопии.

«Существует колебание формы кольцевых полимеров, и это зависит от концентрации линейных полимеров в растворе», - сказал Чжоу, аспирант, исследователь Института Бекмана и ведущий автор исследования. «Мы не видим такого поведения в чистых растворах кольцевых или линейных полимеров, поэтому это говорит нам о том, что в смешанных растворах происходит нечто уникальное».

Используя комбинацию прямых наблюдений одной молекулы и физических измерений, команда пришла к выводу, что изменения в форме кольцевых полимеров происходят из-за того, что линейные молекулы пронизывают себя через кольцевые молекулы при напряжении, вызывая колебания формы кольца под потоком жидкости.

«Мы наблюдали такое поведение, даже когда в смеси очень низкая концентрация линейных полимеров», - сказал Чжоу. «Это говорит о том, что для возникновения этого явления достаточно очень незначительного уровня загрязнения».

Эта проницаемость линейных полимеров через кольцевые полимеры во время напряжения - это то, что раньше теоретизировалось с использованием массовых исследований физических свойств, но теперь это наблюдалось на молекулярном уровне, говорят исследователи.

«Массовые исследования обычно маскируют важность того, что происходит в меньших масштабах», - сказал Шредер.
Как выяснили исследователи, как эти наблюдения приведут к дальнейшему развитию устойчивых потребительских пластмасс, остается неясным. Однако любое понимание фундаментальных молекулярных свойств растворов смешанных полимеров является шагом в правильном направлении.

«Чтобы сделать чисто полимерные полимеры  скольцевыми вставками реальностью, мы должны понимать как смешанные, так и чистые решения на фундаментальном уровне», - сказал Шредер. «Как только мы сможем выяснить, как они работают, мы сможем перейти к их синтезу и, в конечном итоге, как использовать их в устойчивых потребительских пластмассах».
https://polypropilentm.ru/

Комментариев нет:

Отправить комментарий

Пишите комментарии по существу