Химики превратили биоразлагаемые вилки в пену

Lilian Lin et. al. / Physics of Fluid, 2021

Химики из Новой Зеландии превратили столовые приборы из биопластика в пену, которую можно использовать в качестве материала для теплоизоляции стен. В работе, опубликованной в журнале Physics of Fluids, ученые вспенили вилки из полимолочной кислоты (полилактида) при помощи сверхкритического углекислого газа. 

На сегодня основным материалом для изготовления упаковки и одноразовой посуды служит пластик. Как и многие другие пластиковые изделия, упаковка и посуда производятся из невозобновляемого сырья и являются одними из наиболее опасных загрязнителей окружающей среды. Биоразлагаемые пластмассы представляют собой возможное решение этой проблемы.

Однако биоразлагаемые пластмассы не перерабатываются в большинстве стран, поскольку они не предназначены для этого. Перерабатывать биоразлагаемые столовые приборы, чтобы из этого материала снова изготовить столовые приборы — не практично, так как прочность материала при переработке снижается. Поэтому предметы из биопластика в конечном итоге попадают на свалку. Но было бы более конструктивно разработать методы рециркуляции биоразлагаемых пластиков. Причем разумно рассматривать переработку биопластика с целью создания материалов для применения в тех областях, где прочность материала менее значительна. Пенопласты — хорошее применение для переработанного биопластика.

Новозеландским исследователям под руководством Лилянь Линь (Lilian Lin) из Университета Кентербери удалось превратить столовые приборы из полилактида в пену при помощи углекислого газа под высоким давлением. Полилактид  это полимер, представляющий собой термопластичный алифатический полиэфир, который можно получить из кукурузного крахмал или сахарного тростника. Этот биопластик применяют в основном в 3D-печати, изготовлении тканей, упаковок, пленок, а также в автомобилестроении и электронике. 

Сначала вилки из полимолочной кислоты оставили в вакуумной печи при комнатной температуре на две недели для испарения влаги и летучих химикатов, включая непрореагировавшие мономеры, присутствующие в материалах. Затем вилки поместили в камеру, заполненную углекислым газом. Внутри нагретой камеры повышали давление, в результате чего углекислый газ переходил в состояние сверхкритического флюида и растворялся в пластике. Затем, когда давление резко понижали, газ расширялся внутри пластика и превращал его в пену. Химики вспенили полилактид с помощью сверхкритического CO2 без иcпользования дополнительных добавок. Для получения изображений вспененных структур химики использовали сканирующий электронный микроскоп.

Для изучения влияния условий вспенивания (температуры, давления, концентрации CO2) на структуру пен, процедуру проводили при температурах 140, 160 и 180 градусах по Цельсию и давлении 10, 12, 20 и 28 мегапаскалей. Меняя температуру и давление можно было регулировать плотность и размер ячеек в пене. Например, при повышении давления диаметр ячеек уменьшался (при температуре 140 градусов по Цельсию). А удельный объем воздушной фазы увеличивался по мере уменьшения концентрации углекислого газа (при любом значении температуры и давления). 


Пены, как теплоизоляционные материалы, играют важную роль в строительстве зданий, транспортировке и упаковке. Такие материалы обычно получают из нефти. Экологичной альтернативой является нанокристаллическая целлюлоза. Однако пены из нее достаточно хрупкие, при горении полностью превращаются в пепел, а при высокой влажности теряют механические свойства. В 2019 году американским ученым удалось «зеленым» методом синтезировать экологически чистую теплоизоляционную пену на основе нанокристаллической целлюлозы с низким значением теплопроводности, высокой упругостью и прочностью. 

Виктория Барановская

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.