Біотехнічний «Суперклей» встановлює новий рекорд міцності

Дослідники створили клейовий полімер, який перевершує міцність існуючих комерційних варіантів, водночас пропонуючи додаткові переваги, оскільки він біологічно розкладається, налаштовується та багаторазово використовується. Дослідники з Університету штату Колорадо та їхні співробітники створили інноваційний клейовий полімер, який перевершує комерційно доступні варіанти за міцністю, а також є біорозкладаним і придатним для багаторазового використання. Дослідження, опубліковане в Science, підкреслює, як природний полімер P3HB може бути хімічно модифікований, щоб служити міцним і стійким сполучним агентом.

Клеї відіграють важливу роль у таких галузях, як автомобілебудування, пакування, електроніка, сонячна енергія та будівництво, утворюючи основу ринку в 50 мільярдів доларів. Однак вони також роблять значний внесок у зростаючу проблему пластикових відходів. Дослідницька група використала комбінацію експериментальних методів, моделювання та моделювання процесу, щоб створити цей екологічно чистий полімер як життєздатну заміну традиційним клеям. Керував проектом почесний професор університету Юджин Чен на факультеті хімії. Інші партнери по роботі включають Грегга Бекхема з Національної лабораторії відновлюваної енергії та професора Тінг Сю з Каліфорнійського університету в Берклі та дослідників із їхніх груп.

Чен сказав, що полі (3-гідроксибутират), або P3HB, є природним біорозкладаним полімером, який може вироблятися мікробами в правильних біологічних умовах. Хоча зроблений таким чином полімер не є адгезивним, його лабораторія змогла хімічно переробити його структуру, щоб тепер забезпечити міцнішу адгезію, ніж звичайні нафтові нерозкладані варіанти при використанні на різних підкладках або поверхнях, таких як алюміній, скло та деревина. Міцність адгезії оновленого P3HB також можна налаштувати відповідно до різних потреб застосування.

Подолання глобальної кризи пластикових відходів

Отримані дані є частиною більшої мети групи Чена, спрямованої на покращення та розширення наших можливостей для подолання глобальної кризи забруднення пластиком. Його команда бере участь у багатьох зусиллях, спрямованих на розробку придатних для хімічної вторинної переробки, біологічного розкладання та, загалом, більш стійких альтернатив сучасним пластиковим матеріалам. Він сказав, що хоча багато людей за своєю суттю визнають проблеми життєвого циклу, пов’язані з одноразовою пляшкою для води, клеї представляють більш складні проблеми з меншою кількістю потенційних рішень.

«Термореактивні клеї на нафтовій основі, такі як Gorilla Glue і JB Weld, а також термопластичні термоклеї можуть бути дуже складними або навіть неможливими для переробки чи відновлення — насамперед через їх міцний зв’язок з іншими матеріалами», — сказав він. «Натомість наш підхід пропонує біорозкладаний матеріал, який можна використовувати в різних галузях промисловості з регульованою або навіть більшою міцністю порівняно з цими варіантами».

Ітан Квінн є доктором філософії. студент CSU і був співавтором статті разом із постдокторантом Женем Чжаном. Квінн сказав, що він і Чжан очолили роботу над створенням і тестуванням матеріалу.

«Ми розробили зразок клейового стрижня P3HB і змогли використати його з комерційно доступним клейовим пістолетом, щоб перевірити його застосування для герметизації картонних коробок та інших властивостей сталевих пластин», — сказав Квінн. «Я знав, що дані свідчать про те, що він міцніший за інші варіанти, але я був шокований тим, що ми змогли показати, що він значно перевершує типові варіанти з термоплавким способом – витримує до 20 фунтів на місці порівняно з 15 фунтами наявного клею. не міг керувати».

Екологічні переваги та майбутня комерціалізація

Чень сказав, що P3HB біологічно розкладається в різних випадках, включаючи кероване та некероване середовище. Це означає, що він буде природним чином розкладатися на сміттєзвалищах так само добре, як, наприклад, солона океанська вода або ґрунт. Це розширює діапазон можливих варіантів поводження з матеріалом у кінці його життєвого циклу. Клей P3HB також можна відновити, переробити та повторно використати. Зараз команда CSU розпочне роботу над способами комерціалізації полімеру для широкого використання.

«Ми працюємо над двома різними підходами, спрямованими на масове виробництво, включаючи способи зниження загальної вартості та впливу на навколишнє середовище», — сказав Чень. «Аналіз, проведений командою NREL, визначив ключові області, де ми можемо внести покращення, і ми продовжуватимемо працювати з консорціумом BOTTLE над цими зусиллями щодо масштабування».