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 «природа химии». 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 низкой цис-структура такой Тс 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, в трансформированный таким образом более податливую форму, может быть теперь теперь быть легко обработан. Чтобы превратить получившийся продукт обратно в транс-изомер, зелёным полимер облучают 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 в полимер 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» в процесс «испортил-переработал»».