Ein neuer supramolekularer Kunststoff, der sich im Handumdrehen selbst heilen kann und sich leichter zersetzen und wiederverwenden lässt
2022-09-05
Eine Forschungsgruppe unter der Leitung von Li Jianwei, leitender Forscher des medizinischen Forschungslabors in Finnland, hat ein neues Material namens supramolekularer Kunststoff erforscht, das herkömmliche Polymerkunststoffe durch ein umweltfreundliches Material ersetzen wird, das eine nachhaltige Entwicklung fördert. Die von Forschern mit der Flüssig-Flüssig-Phasentrennung hergestellten supramolekularen Kunststoffe haben ähnliche mechanische Eigenschaften wie herkömmliche Polymere, aber die neuen Kunststoffe lassen sich leichter zersetzen und wiederverwenden.
Kunststoff ist eines der wichtigsten Materialien unserer Zeit. Nach einem Jahrhundert der Entwicklung wurde es in alle Aspekte des menschlichen Lebens integriert. Die traditionellen Polymerkunststoffe weisen jedoch eine schlechte Abbau- und Regenerationsfähigkeit in der Natur auf, was zu einer der größten Bedrohungen für das menschliche Überleben geworden ist. Diese Situation wird durch die starke Kraft verursacht, die der kovalenten Bindung innewohnt, die die Monomere verbindet, um das Polymer zu bilden.
Um dieser Herausforderung zu begegnen, schlagen Wissenschaftler vor, Polymere herzustellen, die durch nicht kovalente Bindungen verbunden sind, die weniger stark sind als kovalente Bindungen. Leider reichen schwache Wechselwirkungen oft nicht aus, um Moleküle in Materialien mit makroskopischen Abmessungen zu halten, was die praktische Anwendung von nicht kovalenten Materialien behindert.
Die Forschungsgruppe von Li Jianwei an der Universität Turku in Finnland fand heraus, dass ein physikalisches Konzept namens Flüssig-Flüssig-Phasentrennung (LLPs) gelöste Stoffe isolieren und konzentrieren, die Bindungskraft zwischen Molekülen erhöhen und die Bildung von Makromaterialien fördern kann. Die mechanischen Eigenschaften der erhaltenen Materialien sind mit denen herkömmlicher Polymere vergleichbar.
Darüber hinaus können sich die Fragmente, sobald das Material zerbrochen ist, sofort wieder vereinen und sich selbst heilen. Außerdem ist das Material beim Einkapseln einer gesättigten Wassermenge ein Klebstoff. Beispielsweise hält eine Verbindungsprobe aus Stahl einem Gewicht von 16 kg länger als einen Monat stand.
Schließlich ist das Material aufgrund der dynamischen und reversiblen Natur nichtkovalenter Wechselwirkungen abbaubar und in hohem Maße recycelbar.
„Im Vergleich zu herkömmlichen Kunststoffen sind unsere neuen supramolekularen Kunststoffe intelligenter, da sie nicht nur starke mechanische Eigenschaften, sondern auch dynamische und reversible Eigenschaften beibehalten, wodurch die Materialien selbstheilend und wiederverwendbar werden“, erklärte Dr. Yu Jingjing, ein Postdoktorand .
„Ein kleines Molekül, das supramolekulare Kunststoffe produziert, wurde zuvor aus einem komplexen chemischen System herausgesiebt. Es bildet mit Magnesium-Metallkationen ein intelligentes Hydrogel-Material. Dieses Mal freuen wir uns sehr, LLPs zu verwenden, um die neuen Fähigkeiten dieses alten Moleküls zu lehren.“ sagte Dr. Li Jianwei, Chefforscher des Labors.
„Neuere Beweise zeigen, dass LLPs ein wichtiger Prozess bei der Bildung von Zellkompartimenten sein könnten. Jetzt haben wir dieses von Biologie und Physik inspirierte Phänomen weiterentwickelt, um den großen Herausforderungen zu begegnen, vor denen unsere Umwelt steht. Ich glaube, dass LLPs-Prozesse wesentlich interessanter sein werden.“ in naher Zukunft erforscht werden", fuhr Li fort.
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