Πρώτη νέα κατηγορία πλαστικών εδώ και δεκαετίες

Η πρώτη νέα κατηγορία πολυμερών υλικών που ανακαλύπτεται εδώ και δεκαετίες υπόσχεται ανθεκτικότερα, φθηνότερα και ανακυκλώσιμα υλικά για μια πληθώρα εφαρμογών, από την ηλεκτρονική μέχρι την αυτοκινητοβιομηχανία και την αεροναυπηγική. Το επίτευγμα της αμερικανικής IBΜ παρουσιάζεται στην κορυφαία επιθεώρηση Science.

Τα πρώτα πολυμερή υλικά -μακριές αλυσίδες μορίων που συνδέονται μεταξύ τους με χημικούς δεσμούς- ανακαλύφθηκαν στα τέλη του 19ου αιώνα και θεωρούνται πλέον ώριμος κλάδος της Χημείας.

Τα πολυμερή είναι σήμερα βασικό υλικό για μια πληθώρα προϊόντων, όπως ο ρουχισμός και οι πλαστικές φιάλες (πολυεστέρες), τις βαφές (πολυακρυλικά), τις πλαστικές φιάλες γάλακτος (πολυαιθυλένιο), τις συσκευασίες τροφίμων (πολυστυρένιο, πολυολεφίνες) και τα εξαρτήματα αυτοκινήτων και αεροσκαφών (εποξικά, πολυαμίδια, πολυιμίδια).

Παρόλα αυτά, τα σημερινά πλαστικά πάσχουν από μια σειρά μειονεκτημάτων, όπως η φθορά από μηχανική καταπόνηση και η φθορά από διαλύτες (δοκιμάστε να βάλετε βενζίνη σε ένα πλαστικό ποτήρι νερού και θα το δείτε να διαλύεται). Είναι επίσης δύσκολο έως αδύνατο να ανακυκλωθούν και πλημμυρίζουν τις χωματερές με τοξικές, μη διασπώμενες ουσίες.

Η τελευταία ανακάλυψη της ΙΒΜ θα μπορούσε να δώσει λύσεις. Το ερευνητικό σκέλος της εταιρείας ανέπτυξε δύο νέες, παραπλήσιες κατηγορίες πολυμερών που παράγονται από την αντίδραση της ουσίας παραφορμαλδεΰδης με μια κατηγορία ουσιών που ονομάζονται διαμίνες.

Η πρώτη κατηγορία παράγεται από αντίδραση σε υψηλή θερμοκρασία 250 βαθμών Κελσίου. Το πολυμερές που διαφαίνεται είναι εξαιρετικά ανθεκτικό, χάρη στην ανακατανομή των διπολικών δεσμών και την εξάτμιση των διαλυτών που χρησιμοποιούνται. Το υλικό αυτό είναι πιο γερό από τα ανθρώπινα οστά, είναι όμως και εύθραυστο.

Η δεύτερη νέα κατηγορία είναι πολυμερή που σχηματίζονται σε θερμοκρασία λίγο μεγαλύτερη από θερμοκρασία δωματίου. Το υλικό που διαφαίνεται διατηρεί παγιδευμένα μόρια διαλύτη, γι' αυτό και είναι ελαστικό σαν λάστιχο, ενώ ταυτόχρονα παραμένει πιο ανθεκτικό από τα περισσότερα άλλα πολυμερή.

Το εντυπωσιακό είναι ότι τα πολυμερή αυτής της δεύτερης κατηγορίας παρουσιάζουν ικανότητα αυτο-επούλωσης: αν κανείς κόψει το πλαστικό σε δύο κομμάτια και τα φέρει σε επαφή μεταξύ τους,  οι χημικοί δεσμοί ανασχηματίζονται και το κομμένο πλαστικό ξαναγίνεται ένα.

Ακόμα, τα νέα υλικά μπορούν να συνδυαστούν με νανοσωλήνες άνθρακα για τη δημιουργία σύνθετων υλικών αυξημένης αντοχής, κατάλληλων για χρήση στην αυτοκινητοβιομηχανία και την αεροναυπηγική.

Ιδιαίτερα σημαντική είναι όμως και η δυνατότητα ανακύκλωσης και πλήρους ανάκτησης των πρώτων υλών: τα νέα πλαστικά παραμένουν άθικτα σε αλκαλικό περιβάλλον (υψηλό pH), αποδομούνται όμως σε πολύ όξινες συνθήκες (πολύ χαμηλό pH).

Μια άλλη ιδιαιτερότητα της μελέτης είναι ότι βασίστηκε σε τεχνικές συνθετικής χημείας και υπολογιστικής χημείας: αντί να πειραματιστούν στο εργαστήριο μέχρι να ανακαλύψουν ένα νέο πολυμερές με τα επιθυμητά χαρακτηριστικά, οι ερευνητές της IBM συνδύασαν τα εργαστηριακά πειράματα με λογισμικό που προσομοιώνει τις χημικές αντιδράσεις.

Στο μέλλον, η σχετικά νέα προσέγγιση της υπολογιστικής χημείας θα μπορούσε να δώσει κι άλλες νέες κατηγορίες υλικών.