Мировая индустрия клеев, оцениваемая приблизительно в 50 миллиардов долларов, играет ключевую роль в самых разнообразных отраслях — от автомобилестроения и упаковки до электроники, солнечных панелей и строительства. Однако, несмотря на повсеместное использование, традиционные клеи представляют собой серьезную проблему в контексте растущего пластикового загрязнения и трудностей с переработкой. В ответ на эту насущную проблему группа исследователей из Университета штата Колорадо в сотрудничестве с Национальной лабораторией возобновляемой энергии (NREL) и Калифорнийским университетом в Беркли разработала инновационный клейкий полимер, превосходящий по прочности существующие коммерческие решения и обладающий при этом свойствами биоразлагаемости и многократного использования.
Сердцем этого прорывного изобретения стал полимер P3HB (поли-3-гидроксибутират), природное, биоосновное и биоразлагаемое соединение, которое может производиться микроорганизмами в определенных биологических условиях. Изначально P3HB не обладает клеящими свойствами, но лаборатория профессора Юджина Чена, заслуженного профессора химии в Университете штата Колорадо, применила химическую переработку для придания ему адгезионных характеристик. Результаты их исследований были опубликованы в престижном научном журнале Science.
Ключевое преимущество переработанного P3HB заключается в его превосходстве над традиционными клеями, полученными из нефтепродуктов и не поддающимися биологическому разложению. Новый клей демонстрирует более высокую прочность сцепления и при этом остается экологически устойчивым. Важно отметить, что адгезивные свойства P3HB могут быть настроены для различных нужд, что открывает широкие возможности для его применения. Эксперименты показали, что он эффективно склеивает разнообразные материалы, включая алюминий, стекло и дерево.
Исследовательская группа под руководством профессора Юджина Чена, в которую также вошли Грегг Бекхэм из NREL и профессор Тин Сюй из Калифорнийского университета в Беркли, а также исследователи из их групп, поставила перед собой амбициозную задачу – разработать полимер-заменитель, способный внести значительный вклад в решение глобальной проблемы пластикового загрязнения. В своей работе они использовали экспериментальные методы, компьютерное моделирование и моделирование технологических процессов.
Особую остроту проблеме пластикового загрязнения придают именно клеи. Термореактивные клеи на основе нефти, такие как известные марки Gorilla Glue и J-B Weld, а также термопластичные клеи-расплавы, практически не поддаются переработке из-за прочных связей, которые они образуют с другими материалами. P3HB-клей, напротив, представляет собой биоразлагаемый материал, который можно использовать в различных отраслях промышленности, предлагая при этом настраиваемую или даже превосходящую по прочности адгезию по сравнению с существующими аналогами.
Ведущими авторами научной статьи, подробно описывающей разработку нового клея, стали Итан Куинн, аспирант Университета штата Колорадо, и Чжэнь Чжан, научный сотрудник. Именно они руководили процессом создания и тестирования материала. Для демонстрации возможностей P3HB, Куинн и Чжан разработали образец клеевого карандаша P3HB и использовали обычный термопистолет для его тестирования. Испытания проводились на картонных коробках и стальных пластинах.
Результаты испытаний оказались впечатляющими. P3HB-клей значительно превзошел традиционные клеи-расплавы по прочности. В то время как существующие клеи не выдерживали нагрузки в 15 фунтов, P3HB продемонстрировал способность удерживать вес до 20 фунтов. Это подтверждает потенциал нового полимера как высокоэффективной альтернативы в различных областях применения, где требуется надежное соединение.
Еще одним важным преимуществом P3HB является его биоразлагаемость в различных средах, включая как контролируемые условия, такие как полигоны и компостные ямы, так и неконтролируемые, например, соленую морскую воду и почву. Эта характеристика значительно расширяет возможности управления жизненным циклом материала после использования. Кроме того, P3HB-клей может быть извлечен, переработан и использован повторно, что способствует экономике замкнутого цикла.
В настоящее время команда Университета штата Колорадо активно работает над коммерциализацией P3HB-полимера. Разрабатываются два различных подхода к массовому производству, направленные на снижение общей стоимости и минимизацию воздействия на окружающую среду. В усилиях по масштабированию производства исследователи сотрудничают с консорциумом BOTTLE. Анализ, проведенный командой NREL, позволил выявить ключевые направления для оптимизации процессов масштабирования, приближая момент появления революционного «зеленого» суперклея на рынке.
Изображение носит иллюстративный характер
Сердцем этого прорывного изобретения стал полимер P3HB (поли-3-гидроксибутират), природное, биоосновное и биоразлагаемое соединение, которое может производиться микроорганизмами в определенных биологических условиях. Изначально P3HB не обладает клеящими свойствами, но лаборатория профессора Юджина Чена, заслуженного профессора химии в Университете штата Колорадо, применила химическую переработку для придания ему адгезионных характеристик. Результаты их исследований были опубликованы в престижном научном журнале Science.
Ключевое преимущество переработанного P3HB заключается в его превосходстве над традиционными клеями, полученными из нефтепродуктов и не поддающимися биологическому разложению. Новый клей демонстрирует более высокую прочность сцепления и при этом остается экологически устойчивым. Важно отметить, что адгезивные свойства P3HB могут быть настроены для различных нужд, что открывает широкие возможности для его применения. Эксперименты показали, что он эффективно склеивает разнообразные материалы, включая алюминий, стекло и дерево.
Исследовательская группа под руководством профессора Юджина Чена, в которую также вошли Грегг Бекхэм из NREL и профессор Тин Сюй из Калифорнийского университета в Беркли, а также исследователи из их групп, поставила перед собой амбициозную задачу – разработать полимер-заменитель, способный внести значительный вклад в решение глобальной проблемы пластикового загрязнения. В своей работе они использовали экспериментальные методы, компьютерное моделирование и моделирование технологических процессов.
Особую остроту проблеме пластикового загрязнения придают именно клеи. Термореактивные клеи на основе нефти, такие как известные марки Gorilla Glue и J-B Weld, а также термопластичные клеи-расплавы, практически не поддаются переработке из-за прочных связей, которые они образуют с другими материалами. P3HB-клей, напротив, представляет собой биоразлагаемый материал, который можно использовать в различных отраслях промышленности, предлагая при этом настраиваемую или даже превосходящую по прочности адгезию по сравнению с существующими аналогами.
Ведущими авторами научной статьи, подробно описывающей разработку нового клея, стали Итан Куинн, аспирант Университета штата Колорадо, и Чжэнь Чжан, научный сотрудник. Именно они руководили процессом создания и тестирования материала. Для демонстрации возможностей P3HB, Куинн и Чжан разработали образец клеевого карандаша P3HB и использовали обычный термопистолет для его тестирования. Испытания проводились на картонных коробках и стальных пластинах.
Результаты испытаний оказались впечатляющими. P3HB-клей значительно превзошел традиционные клеи-расплавы по прочности. В то время как существующие клеи не выдерживали нагрузки в 15 фунтов, P3HB продемонстрировал способность удерживать вес до 20 фунтов. Это подтверждает потенциал нового полимера как высокоэффективной альтернативы в различных областях применения, где требуется надежное соединение.
Еще одним важным преимуществом P3HB является его биоразлагаемость в различных средах, включая как контролируемые условия, такие как полигоны и компостные ямы, так и неконтролируемые, например, соленую морскую воду и почву. Эта характеристика значительно расширяет возможности управления жизненным циклом материала после использования. Кроме того, P3HB-клей может быть извлечен, переработан и использован повторно, что способствует экономике замкнутого цикла.
В настоящее время команда Университета штата Колорадо активно работает над коммерциализацией P3HB-полимера. Разрабатываются два различных подхода к массовому производству, направленные на снижение общей стоимости и минимизацию воздействия на окружающую среду. В усилиях по масштабированию производства исследователи сотрудничают с консорциумом BOTTLE. Анализ, проведенный командой NREL, позволил выявить ключевые направления для оптимизации процессов масштабирования, приближая момент появления революционного «зеленого» суперклея на рынке.
