Матеріалознавці з Німеччини та Китаю запропонували аналог пластику, якому можна надати будь-яку форму, просто опустивши у воду. Новий матеріал складається з відновлюваної сировини - целюлози. а вироби з нього можна переробляти багато разів, після причому після десяти циклів формування вони навіть стають міцнішими. Результати дослідження опубліковані в журналі
Щороку людство виробляє понад 360 мільйонів тонн різних виробів з пластику, причому 200 мільйонів тонн припадає на упаковку та інші предмети з коротким терміном використання. З переробкою пластикових виробів у нас все ще великі труднощі. Більшість популярних пластикових матеріалів - ПЕТ, поліетилен, поліпропілен і деякі інші - належать до термопластів, тобто переходять у пластичний стан при нагріванні і знову затвердівають при охолодженні. Щоб переробити вироби з термопластів, їх нагрівають до декількох сот градусів Цельсія. Це вимагає великих витрат енергії, тому така переробка не завжди економічно вигідна.
Китайські та німецькі матеріалознавці під керівництвом Кая Чжана (Kai Zhang) навчилися керувати пластичністю полімерів простішим способом - просто опускаючи їх у воду. За основу матеріалу Чжан і його колеги взяли природний полімер целюлозу. Змішавши її з хлоридом почесної кислоти в присутності основи вони отримали циннамат целюлози (cellulose cinnamate, CCi) - полімер, в якому частину гідроксильних груп в целюлозних фрагментах перетворили на складноефірний фрагмент c залишком почесної кислоти. Потім з CCi виготовили прямокутні стрічки розміром і товщиною 10-20 мікрометрів. У воді такі стрічки ставали гнучкими і пластичними і їх можна було згинати і закручувати в будь-якому напрямку. А коли стрічки витягували, з води пластичність знижувалася і форма виробу фіксувалися.
Такі властивості підвищення пластичності у воді є і у самої целюлози, але автори посилили їх, впровадивши фрагмент почесної кислоти. Вся справа в більш ефективному транспорті молекул води, який дозволяє воді швидко проникати всередину матеріалу. Після вилучення з води молекули так само швидко просуваються з глибини матеріалу до поверхні і випаровуються - таким чином форма виробів швидко фіксується.
Автори роботи виготовили з CCi стрічок п'ять виробів різної форми, які виявилися стабільними на повітрі і зберігали свою форму протягом як мінімум шістнадцяти місяців. Після використання стрічки можна знову зробити пластичним і надати їм іншу форму. Для цього не потрібно нагрівання - достатньо опустити виріб у воду кімнатної температури на п'ять хвилин, причому цикл з однією стрічкою можна повторювати багато разів.
Гідропластик має відмінну механічну міцність: межа міцності на розрив 92,4 2,2 мегапаскалів, модуль Юнга 2,6 0,1 гігапаскалів і подовженням при розриві 15,2 1,8 відсотків. Після п'яти циклів формування міцність трохи знижується, але потім знову йде вгору, і після десятого циклу стає навіть вище, ніж на початку: межа міцності на розрив підвищується до 120.9-8.2 мегапаскалів, а модуль Юнга - до 3,0-0,2 гігапаскалів. Таке підвищення міцності викликане релаксацією і перебудовою ланцюгів полімеру CCi. Після десяти циклів міцність перестає рости і надалі залишається на такому ж рівні. Правда є у Cci і слабке місце - міцність матеріалу помітно знижується при збільшенні вологості. Чжан і його колеги вважають, що на основі CCi можна буде створювати й інші матеріали, що змінюють пластичність під дією розчинників. Такі матеріали зможуть стати альтернативою традиційним видам пластику, особливо якщо вдасться замінити воду на інші менш поширені розчинники.
Для того, щоб зменшити екологічний слід пластикової упаковки вчені пробують різні методи: не тільки синтезують нові матеріали, а й шукають більш ефективні шляхи переробки для вже відомих пластиків. Ще одна альтернатива термомеханічній переробці пластику - хімічна переробка. У цьому випадку молекулу полімеру розбирають на складові частини, перетворюючи його на суміш мономерів. Отримані продукти можна використовувати для синтезу нових полімерів або для інших цілей. Наприклад, минулого місяця шотландські хіміки отримали модифікований штам кишкової палички який переробляє терефталеву кислоту, отриману з ПЕТ-пляшок, у цінну речовину ванілін.