Yeniden düzenlenen polimer zincirleri, daha güçlü, daha sert ambalajlama potansiyeline sahip bozunabilir malzemeler oluşturur

Peki ya daha güçlü, daha sürdürülebilir plastikler üretmenin anahtarı bileşenlerini değiştirmek değil de moleküllerini yeniden düzenlemekse? Virginia Tech araştırmacıları bu fikri teste tabi tutarak, genellikle elde edilmesi zor olan özellikleri tek bir malzemede birleştiren yeni bir moleküler mimariye sahip bozunabilir polimerler yarattılar: dayanıklılık, dayanıklılık, esneklik ve oksijeni bloke etme yeteneği.

Bulgular, işleme, taşıma ve depolamaya dayanacak kadar güçlü ve esnek kalırken oksijeni dışarıda tutması gereken gıda ambalajına yönelik çıkarımlar yapabilir. Araştırmacılar, polimer zincirlerini halkalar halinde yeniden düzenleyerek, oksijeni geniş çapta incelenen biyolojik olarak parçalanabilir bir plastik kadar etkili bir şekilde bloke eden, aynı zamanda önemli ölçüde daha sert ve kırılmadan daha iyi esneyebilen malzemeler yarattılar.

Kimya mühendisliği profesörü Rong Tong’un gıda bilimi ve teknolojisi yardımcı doçenti Yifan Cheng ile işbirliği içinde yürüttüğü çalışma 2017’de yayınlandı. Doğa İletişimi.

Moleküler mimariyi yeniden şekillendirmek

Geleneksel plastiklerin çoğu uzun, doğrusal moleküler zincirlerden oluşur. Ph.D.’yi içeren araştırma ekibi. öğrenciler Ziyu Huo, Xiaoyu Xie ve Huida Duan, plastiğin moleküler mimarisini değiştirdiler.

Araştırmacılar sürekli halkalar oluşturmak için polimer zincirlerinin uçlarını birleştirdi. Ayrıca, her bir halka içindeki moleküllerin sırasını da kontrol ederek, araştırmacıların “gradyan” polimer olarak adlandırdığı şeyi oluşturmak için bileşimi bir tür yapı bloğundan diğerine kademeli olarak değiştirdiler.

Ortaya çıkan polimerler genellikle birlikte elde edilmesi zor olan özelliklere sahipti.

Tong, “Hem şekli hem de sırayı kontrol ederek güçlü, sağlam, esnek ve oksijeni bloke etme konusunda iyi malzemeler yapabiliyoruz” dedi.

Bir malzeme, gerildikten ve kırıldıktan sonra şeklinin çoğunu geri kazandı. Tong, güç ve dayanıklılık kombinasyonunun özellikle şaşırtıcı olduğunu söyledi.

“Genellikle bir malzemenin gücünü artırdığınızda bazı fedakarlıklar yapmanız gerekir; örneğin malzeme daha kırılgan hale gelebilir” dedi. “Fakat burada hem gücün hem de dayanıklılığın birlikte geliştiğini görüyoruz. Bu bize, halka şeklindeki yapı ile kontrollü düzenlemenin, önceki yaklaşımlarda görmediğimiz bir şekilde birlikte çalıştığını gösteriyor.”

Gıda paketleme potansiyeli

Bu siklik polimerlerin birçoğu, polilaktik asit veya yaygın olarak üzerinde çalışılan biyolojik olarak parçalanabilen bir plastik olan PLA ile karşılaştırılabilir oksijen bariyeri özellikleri gösterdi.

PLA, gıda paketleme için önemli bir özellik olan oksijeni iyi bir şekilde bloke eder, çünkü oksijene maruz kalma gıdayı bozabilir. Ancak kırılganlığı ambalajlamada daha geniş kullanımını sınırlıyor.

Virginia Tech malzemeleri PLA’nın oksijen bariyeri performansıyla eşleşirken önemli ölçüde daha fazla dayanıklılık ve süneklik sergiledi.

Cheng, “On yıllar boyunca daha iyi plastikler geliştirmek, büyük ölçüde bunların neyden yapıldığını değiştirmeye odaklandı” dedi. “Çalışmamız, moleküllerin çizgi veya daire şeklinde nasıl düzenlendiğinin de aynı derecede önemli olabileceğini gösteriyor. Bu, gıdayı koruyan, iyi performans gösteren ve ömrünün sonunda geri dönüştürülmesi veya geri kazanılması daha kolay olan ambalajlar oluşturmak için tamamen yeni bir tasarım alanı açıyor. Daha iyi gıda ambalajı oluşturmak bir dengeleme eylemidir ve bu döngüsel polimerler bize aynı anda güç, işlevsellik ve sürdürülebilirliği dengelemek için yeni bir yol sağlar.”

Araştırma için sırada ne var?

Malzemeler henüz ticari gıda ambalajına hazır değil. Tong ve Cheng bundan sonra polimerleri filmlere ve diğer formlara dönüştürerek depolama ve taşıma koşullarına nasıl dayandıklarını ve moleküler yapı taşlarının geri dönüştürülüp geri dönüştürülemeyeceğini veya geri kazanılabileceğini test etmeyi planlıyor.

Tong için bu yapı taşlarını kurtarıp yeniden kullanma olasılığı önemli bir hedef. “Malzemenin kendisi bozunabilir” dedi. “Fakat daha ekonomik uygulamalar için, onu yalnızca bozmayı değil, aynı zamanda geri dönüştürmeyi ve bozunan malzemeyi ek plastik yapmak için kullanmayı da umuyoruz.”

Bu vizyon hala market raflarından çok uzakta olabilir, ancak araştırma plastik tasarımına yönelik başka bir yaklaşıma işaret ediyor: Performansı, bozunabilirliği ve malzeme geri kazanım potansiyelini dengelemek için moleküler mimariyi değiştirmek.