أنشأ باحثون من جامعة برمنغهام بالمملكة المتحدة وجامعة ديوك بالولايات المتحدة عائلة جديدة من البوليمرات من مصادر مستدامة تحافظ على جميع خصائص البلاستيك الشائع، ولكنها أيضاً قابلة للتحلل وقابلة لإعادة التدوير ميكانيكياً.
المواد البلاستيكية القائمة على السكريات
استخدم العلماء مواد البدء القائمة على السكر بدلاً من المشتقات البتروكيماوية لصنع بوليمرين جديدين، أحدهما قابل للمط مثل المطاط والآخر قوي ولكنه لدن، مثل معظم اللدائن التجارية.
علماء يطورون مواد بلاستيكية قابلة لإعادة التدوير تعتمد على السكريات
صنع الباحثون البوليمرات الجديدة باستخدام إيزويديد و إيزومانيد كوحدات بناء، وكلا هذين المركبين مصنوعان من كحول السكر ويتميزان بحلقة صلبة من الذرات، ووجد الباحثون أن البوليمر القائم على الأيزويد، أظهر صلابة وقابلية للتطويع مماثلة للبلاستيك الشائع، وقوة تشبه اللدائن الهندسية عالية الجودة مثل النايلون 6. وعلى الرغم من الاختلاف بين إيزويديد و إيزومانيد فقط في الاتجاه المكاني ثلاثي الأبعاد لرابطين، والمعروفين باسم الكيمياء الفراغية، فإن المادة القائمة على إيزومانيد تتمتع بقوة وصلابة متشابهة ولكنها أظهرت أيضاً مرونة عالية، واستعادة شكلها بعد التشوه، والجدير بالذكر أن المواد احتفظت بخصائصها الميكانيكية الممتازة بعد السحق والمعالجة الحرارية، وهي الطريقة المعتادة لإعادة تدوير البلاستيك ميكانيكياً.
النمذجة الحاسوبية المتطورة
قامت النمذجة الحاسوبية المتطورة بمحاكاة كيفية تجميع سلاسل البوليمر وتفاعلها لإنتاج خصائص البوليمر المختلفة، حيث تسهل الأشكال ثلاثية الأبعاد الفريدة لمشتقات السكر الحركات والتفاعلات المختلفة للسلاسل الطويلة مما تسبب في اختلاف كبير في الخصائص الفيزيائية التي لوحظت.
ومن خلال إنشاء البوليمرات المشتركة التي تحتوي على كل من وحدات الإيزويدات والأيزومانيد، وجد الباحثون أنه يمكنهم التحكم في الخواص الميكانيكية ومعدلات التحلل بشكل مستقل عن بعضهم البعض، ومن ثم، فإن هذا النظام يفتح الباب لاستخدام الأشكال الفريدة للسكريات لضبط القابلية للتحلل بشكل مستقل لاستخدام معين دون تغيير خصائص المادة بشكل كبير.
يعني التشابه الكيميائي للبوليمرات أنه، على عكس الكثير من المواد البلاستيكية الحالية، يمكن مزجها معاً لإنتاج مواد ذات خصائص مماثلة أو محسنة.
وقال الدكتور جوش ورتش، من كلية الكيمياء في برمنغهام، والمؤلف المشارك في البحث: "أن القدرة على مزج هذه البوليمرات معاً لإنشاء مواد مفيدة، توفر ميزة واضحة في إعادة التدوير، والتي غالباً ما يتعين عليها التعامل مع الأعلاف المختلطة".
وأضاف الدكتور كونور ستابس، وهو أيضاً من كلية الكيمياء في برمنغهام: "لقد خضعت المواد البلاستيكية القائمة على البترول لعقود من البحث، لذا فإن اللحاق بها يمثل تحدياً كبيراً، يمكننا أن ننظر إلى الهياكل والأشكال الفريدة التي يجب أن تقدمها البيولوجيا لإنشاء مواد بلاستيكية أفضل بكثير لها نفس الامتداد من الخصائص التي يمكن أن توفرها المواد البلاستيكية التجارية الحالية".
وقال الأستاذ بجامعة ديوك، الدكتور ماثيو بيكر: "تُظهر نتائجنا حقاً كيف يمكن استخدام الكيمياء الفراغية كموضوع مركزي لتصميم مواد مستدامة بخصائص ميكانيكية غير مسبوقة حقاً".
البلاستيك المستدام
وقال البروفيسور أندرو دوف، الذي قاد فريق البحث من برمنغهام: "تُظهر هذه الدراسة حقاً ما هو ممكن مع البلاستيك المستدام، بينما نحتاج إلى بذل المزيد من العمل لخفض التكاليف ودراسة التأثير البيئي المحتمل لهذه المواد، على المدى الطويل من الممكن أن تحل هذه الأنواع من المواد محل المواد البلاستيكية ذات المصادر البتروكيماوية والتي لا تتحلل بسهولة في البيئة".
هذا وتم تقديم طلب براءة اختراع مشترك من قبل جامعة برمنغهام إنتربرايز وجامعة ديوك، ويبحث الباحثون الآن عن شركاء صناعيين مهتمين بترخيص هذه التكنولوجيا.