Пластмассы давно стали основой современного производства, но их воздействие на окружающую среду привело к росту спроса на экоальтернативы. Исследователи из Университета Уорика добились значительного прогресса в поисках устойчивых альтернатив традиционным пластмассам.
В ответ на растущие экологические проблемы, переход к циркулярной экономике и изменение потребительских предпочтений исследовательская группа обнаружила, что некоторые смеси небольших органических молекул - материалы, созданные путем смешивания кристаллических компонентов, - образуют интересные стекла и вязкие жидкости. Эти так называемые органические эвтектики являются перспективными кандидатами на замену полимеров в различных продуктах.
Команда успешно разработала серию гидрофобных эвтектических молекулярных жидкостей и стекол, каждое из которых было тщательно создано путем смешивания различных кристаллических компонентов. С помощью передовых методов, таких как дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) и УФ-визуальная спектроскопия, были точно определены составы эвтектик.
Одной из ключевых проблем при создании экологичных пластиковых альтернатив является обеспечение долгосрочной стабильности. Команда из Уорика решила эту проблему, протестировав аморфные материалы в течение длительного периода времени (до 14 месяцев) с помощью порошковой рентгеновской дифракции (PXRD), чтобы подтвердить их устойчивость к кристаллизации. Эта устойчивость имеет решающее значение для обеспечения сохранности продуктов в течение всего срока годности.
Помимо стабильности, исследователи изучили технологичность этих материалов, проверив их реологические свойства. Они обнаружили, что все жидкости имеют низкие индексы хрупкости, что делает их пригодными для различных производственных процессов, включая выдувание стекла, вытягивание волокон, формирование пленки и формование.
Важно, что команда продемонстрировала, что свойства этих материалов могут быть адаптированы к конкретным областям применения путем смешивания различных эвтектических систем или добавления пластификаторов.
Профессор д-р ир. Стефан Бон, ведущий исследователь работы, результаты которой опубликованы в журнале Chemical Science, говорит: «Изначально планировалось разработать концептуальный материал „все, что угодно, но не пластик“ для рецептурной промышленности.
«Доктор Джошуа Райан, талантливый бывший доктор наук, работавший в моей команде BonLab, провел систематическое исследование по смешиванию небольших гидрофобных органических молекул, которые могли бы вступать в различные нековалентные взаимодействия друг с другом. То, что эти гидрофобные эвтектические системы обладали такими замечательными физическими свойствами, превзошло все наши первоначальные ожидания.
«Мы привлекли к работе нашего коллегу профессора Габриэле Соссо, чтобы с помощью компьютерного моделирования изучить, как эти эвтектические смеси взаимодействуют на молекулярном уровне. Эти органические эвтектические системы с небольшим количеством молекул открывают возможность для дальнейшей разработки высокоэффективных материалов, которые могут заменить традиционные полимеры в различных областях применения.
«В некотором смысле их можно рассматривать как нековалентный аналог динамических обратимых макромолекулярных ковалентных материалов, известных как витримеры».
Чтобы продемонстрировать практический потенциал этих материалов, исследователи провели исследование контролируемого высвобождения с использованием эвтектической системы, состоящей из 4-гидроксихалкона и бифоназола в качестве матрицы. Это исследование служит доказательством концепции, подчеркивая универсальность эвтектических материалов в таких областях, как доставка лекарств и другие.
