Обработка и переработка полимера с помощью света

Полимер азобензол, использующийся сейчас в исследованиях как потенциальный будущий компонент лакокрасочной продукции, может быть трансформирован в ходе экологически чистого процесса из твёрдого в жидкое состояние с помощью света и при комнатной температуре.

Так как цис и транс-конфигурации этих пластиков обладают разными термическими свойствами, полимеры с транс-структурой имеют значительную податливость для формовки при средней температуре окружающей среды. Таким образом пластику не нужны больше растворители или разогрев при подготовке к производству. В тоже время уменьшается загрязнение воды и отсутствует выделение ядовитых газов, как побочного продукта горения.

Сложные и экологически грязные методы обработки

Твёрдые пластики широко используются в лакокрасочной индустрии для покраски разных вещей, начиная от мебели и заканчивая производственными машинами. Такие полимеры состоят из длинных цепочек молекул, которые, однако, сложно обрабатывать в твёрдом состоянии. Только в жидком они могут быть пригодны как лакокрасочный материал. Вот только до сегодняшнего дня использовались чрезмерно сложные и зачастую экологически грязные методы трансформации пластиков из одного состояние в другое.

Низкая Тс обеспечивает высокую податливость структуры

Команда доктора Си У, проводящая исследование в Институте изучения полимеров имени Макса Планка (ИИП), обнаружила экологически чистый и обратимый метод обработки азобензола. Результат исследования уже был опубликован в научно журнале «Nature Chemistry». Стабильная транс-изомерия азобензола, представляющая собой параллельную, упорядоченную структуры с максимальным расстоянием между молекулами, имеет температуру стеклования (Тс) около 50 градусов по Цельсию. Температура, при которой плавится более нестабильная цис-конфигурация, становясь более податливой, равняется примерно -10 градусов Цельсия. С такой низкой Тс цис-структура может быть легко обработана при комнатной температуре.

Свет обратимо изменяет Тс полимеров

Используя фотопереключаемый азобензол, исследователи могут изменять конфигурацию пластик из одной в другую. Для этого они облучают полимер волнами с разными длинами. Транс-изомерный азобензол поглощает ультрафиолетовое излучение длиной в 365 нанометров, что провоцирует изменение полимера в цис-конфигурацию. В промышленном производстве пластик, трансформированный таким образом в более податливую форму, может быть теперь быть теперь легко обработан. Чтобы превратить получившийся продукт обратно в транс-изомер, полимер облучают зелёным светом длиной в 530 нанометра для отвердевания. Можно так же использовать и просто разогревание полимера для перехода в более стабильное термодинамическое транс-состояние.

Измерения дают точную информацию

Чтобы определить разные Тс этих двух конфигураций, исследователи использовали различные методы. До и после облучения они измерили индивидуальные характеристики стереоизомеров с помощью так называемого динамо механического анализа, а также с помощью различных сканирующих калориметрий. Эти технологии измерили термические характеристики пластиков и определили, когда полимер в твёрдом состоянии, а когда в жидком. В дополнении к этому могут быть также определены фазовые переходы, то есть точки кипения и плавления.

Увеличенный жизненный цикл и уменьшенное количество отходов

И окружающая среда, и производственная индустрия находятся в выигрыше от изобретения ИИП. "Увеличивающееся количество пластиковых отходов – проблема мирового масштаба," - говорит доктор У. "Цель нашего исследования – это увеличить жизненный цикл пластика. В случае царапин ли повреждений полимер может быль легко переработан и восстановлен через трансформацию из твёрдого стеклянного состояния в мягкое высокоэластичное и обратно. Таким образом пластик изменит в будущем опрометчивый «испортил-выбросил» процесс в «испортил-переработал»".