Smanjenje uticaja plastike na životnu sredinu može se rešiti kroz različite strategije, kao što je proizvodnja trajnije plastike ili reciklaža. Generalno, postoje dve glavne vrste plastike. Prvi su termoplasti, koji se mogu topiti i oblikovati da bi se formirali drugi predmeti, iako njihova mehanička svojstva slabe ako se tope nekoliko puta. A drugi, termosetovi, ne tope se na visokim temperaturama, jer su lanci polimera koji ih formiraju isprepleteni hemijskim vezama.
Termoset plastika ima prednost u odnosu na termoplastiku. Imaju tendenciju da imaju veću otpornost na udarce i mehanička naprezanja, iako su takođe krhkije. Epoksidna smola, silikon ili melamin su primeri termoreaktivne plastike, koja se obično koristi u građevinarstvu.
Da bi ove plastike bile čvršće, inženjeri dodaju materijale za ojačanje kao što su ugljenična vlakna. Oni se već koriste za proizvodnju predmeta kao što su motociklistički šlemovi ili sportska oprema, koji su veoma izdržljivi iako se ne mogu lako reciklirati.
U kompaniji IMDEA Nanociencia, grupa za hemiju niskodimenzionalnih materijala, koju vodi Emilio Perez, istražuje strategiju za jačanje plastike koja se može reciklirati u saradnji sa kompanijom Nanocore. Proučavana plastika je „kovalentna prilagodljiva mreža“, čija je molekularna struktura slična onoj termoreaktivne plastike, ali sa posebnošću što uključuje kovalentne – jake – veze, ali u isto vreme reverzibilne između polimernih lanaca.
Rad je objavljen u časopisu Napredni funkcionalni materijali.
Konkretno, oni rade sa iminima, čije su veze dinamične: mogu se razbiti vodom ili temperaturom i ponovo rasporediti. Novina studije leži u korišćenju derivata ugljeničnih nanocevi koje imaju prstenasti molekul oko sebe – mehanički isprepletenih ugljeničnih nanocevi MINT. Molekuli prstena su pričvršćeni za ugljeničnu nanocevku mehanički, a ne hemijski, tako da je veza između njih dvoje veoma jaka, ali istovremeno omogućava određeno kretanje molekula duž nanocevi.
Istraživači su opremili prsten sa dve tačke sidrenja (dva amina) tako da se kovalentno vezuju sa polimerima. Na ovaj način nanocev postaje strukturni deo polimerne mreže.
Ugljenične nanocevi su u suštini list grafena umotan na samu sebe. Za spajanje nanocevi sa drugim molekulima, moguće je to učiniti direktno kovalentnim vezama koje malo razbijaju cev, dodaju defekte i slabe je.
Strategija koju su sledili istraživači koristi mehaničku vezu – molekul prstena oko nanocevi – da integriše nanocevi u polimernu rešetku, čuvajući sva njihova svojstva i maksimizirajući prenos opterećenja sa matrice na armaturu. Drugim rečima, ne može bolje.
Koncept je jednostavan: okružujući nanocevi prstenom, sprečava se aglomeracija ovih vlakana koja čini ojačanje manje efikasnim. Pored toga, u prstenu su obezbeđena mesta interakcije polimera, što poboljšava prenos napona. Dodavanjem samo 1% težinskih nanocevi u polimernu smešu postiže se poboljšanje od 77% Jangovog modula i 100% poboljšanje zatezne čvrstoće. Zanimljivo je da mehanička svojstva ove ojačane plastike ostaju netaknuta nakon što se pretopi i reciklira do četiri puta.
U inženjerstvu, Zakon smeša ukazuje da su svojstva jedinjenja mešavina svojstava originalnih materijala, prema njihovoj proporciji. Studija koju su vodili madridski istraživači potvrđuje da je to samo slučaj kada postoji efikasan prenos mehaničkog naprezanja između oba jedinjenja, na nanoskopskom nivou.
U svom radu istraživači su postigli maksimalnu efikasnost u prenošenju mehaničkog naprezanja sa polimera na nanocevi, najjači materijal. Nanocevi imaju Jangov modul od 1TPa, pet puta tvrđe od čelika, jer su mnogo lakši materijal.
Dodavanje više nanocevi u plastiku ne čini je jačom, jer nanocevi počinju da se aglomeriraju i gube efikasnost. Ključ uspeha leži u kovalentnoj vezi između nanocevi i polimera.
Proizvodnja plastike koja je skoro jaka kao ugljenična vlakna, koja se može rastopiti i reciklirati, san je. Pre i posle, što može čvrsto da doprinese novom, zelenijem i održivijem scenariju.
Perez objašnjava: „Proizvodnja lakših struktura, kao što su automobili, avioni, itd., značila bi značajnu uštedu goriva.“ Proizvodnja sa manje materijala i obezbeđivanje mogućnosti reciklaže stvara obećavajući horizont.“
