Ретельно дослідивши хімічну структуру звичайного побутового пластику, вченим вдалося перетворити його на багаторазовий клей з унікальними та надзвичайно перспективними властивостями. Невелику ділянку речовини можна використовувати для утримання в повітрі близько 300 фунтів (136 кг), і дослідники стверджують, що це один з найміцніших матеріалів, відомих науці.
Новий міцний клей — справа рук вчених з Національної лабораторії Ок-Рідж (ORNL) Міністерства енергетики США, які використовували полімер SEBS, як відправну точку. Цей гумовий полімер можна знайти в зубних щітках, ручках керма та підгузках, і дослідники змогли надати йому нові потужні можливості, змінивши його хімічну структуру.
Це було досягнуто за допомогою процесу, відомого як динамічне зшивання, який дає змогу з’єднати типово несумісні матеріали. Вчені використали цю техніку для з’єднання наночастинок кремнезему та полімеру за допомогою сполук, які називаються ефірами борної кислоти, в результаті чого утворився новий зшитий композитний матеріал, який вони назвали SiNP. Ефіри борної кислоти є ключовими для багаторазового використання клею, оскільки вони дозволяють утворювати та багаторазово розривати зшиті зв’язки.
«Фундаментальним відкриттям було те, що складні ефіри борної кислоти на SEBS можуть перебудовувати зв’язки з гідроксильними групами – киснем та воднем – на SiNP, щоб адаптувати властивості для вимогливих завдань», – сказав провідний автор доктор Анісур Рахман. «Ми також виявили утворення подібних оборотних ефірних зв’язків борної кислоти з різними поверхнями, які мають гідроксильні групи.»
Ці зшиті зв’язки фактично зміщуються всередині нового матеріалу, що дозволяє йому зчепитися з поверхнями достатньо міцно, щоб квадратний сантиметр витримав приблизно 300 фунтів. Дослідники також провели випробування на міцність, під час яких вони намагалися від’єднати матеріали за допомогою сили, характеристики матеріалу виходять за межі графіків і перевершують усі комерційно доступні клеї, які вони перевіряли під час дослідження. За словами вчених, поєднання міцності та пластичності робить його одним із найміцніших матеріалів.
«Міцні клеї важко розробити, оскільки вони повинні мати тверді та м’які властивості, які зазвичай несумісні», – сказав науковець ORNL і відповідний автор Томонорі Сайто. «Завдання полягало в тому, щоб додати міцність, яку ви отримуєте в гнучких матеріалах, не жертвуючи міцністю. Наш підхід використовує динамічні хімічні зв’язки для розробки нового клею з чудовими властивостями, яких немає у сучасних матеріалів».
Клей також підлягає вторинній переробці й зберігає свою продуктивність при температурах до 400 °F (204 °C), що робить його придатним для високотемпературних застосувань. Вчені припускають, що він знайшов би застосування в аерокосмічній, автомобільній сферах, та на будівництві, і зараз працюють над комерціалізацією та вдосконаленням технології.
«Існують переваги для промисловості та довкілля, щоб заощадити ресурси та зменшити кількість відходів, — сказав Сайто. — За конструкцією цей клей дозволяє робити ремонт або виправляти дорогі помилки, а також може бути перероблений для нового використання у дуже складних сферах застосування».
