Два новых клея получили управляемый конец срока службы

Клейкая лента — одно из самых повсеместных изделий в мире. Она надёжно держит. Именно поэтому с ней так трудно расстаться, когда она больше не нужна. Две команды химиков из Вирджинского политехнического института нашли принципиально разные пути к созданию клейких материалов, которые решают обе задачи сразу: надёжно держат при использовании и поддаются управлению в конце срока службы. Работы опубликованы в журналах Advanced Functional Materials и Angewandte Chemie International Edition.

«Мы хотим, чтобы материал был полезен, пока мы им пользуемся, но как только мы закончили — он должен исчезнуть», — объяснил Джош Ворх, доцент кафедры химии, руководивший первой командой.

Два подхода к одной задаче

Обычная клейкая лента сочетает несколько химически разных слоёв: пластиковую основу, клеящее вещество и различные добавки. Это делает её практически не перерабатываемой: даже снятая лента оставляет клейкий остаток на картоне или бумаге, исключая их из цикла переработки. Вирджинские исследователи атаковали проблему с двух сторон.

Команда Ворха: «моно-материал» на основе липоевой кислоты. Отправной точкой стала липоевая кислота — серосодержащее соединение, которое встречается в брокколи и шпинате. Из неё синтезировали чрезвычайно большие полимеры с естественной липкостью — тщательно подобрав соотношение адгезии (насколько хорошо материал прилипает к другой поверхности) и когезии (насколько хорошо он держится изнутри).

Полученный клей превзошёл по силе прилипания тяжёлый строительный скотч. Вторую задачу — переработку — решила архитектура «моно-материала»: основа и клеящий слой изготовлены из химически родственных полимеров. Мягкая химическая реакция длительностью несколько часов разлагает оба слоя до исходных компонентов — из которых можно снова изготовить новую ленту.

Команда Мэтсона: «ёршиковые» полимеры с кнопкой выключения. Профессор Джон Мэтсон и его группа избрали другой путь — «ёршиковые» полимеры (bottlebrush polymers): молекулы с центральным остовом и боковыми цепочками, торчащими вдоль него, как щетинки на ершике для мытья бутылок. Сочетав маслянистое вещество и газообразный исходный материал, исследователи получили прозрачный пластичный материал с консистенцией, похожей на Blu Tack.

Испытание показало неожиданный результат: при измерении силы отрыва лента оказалась в четыре раза прочнее коммерческих клеящих веществ, используемых в скотче. Чтобы наглядно продемонстрировать это, команда прикрепила верёвки к концам двух полос такой ленты и провела состязание перетягиванием каната между студентами и преподавателями. Верёвка порвалась раньше, чем клей.

Выключить клей за минуты

Такая прочность могла бы стать кошмаром при необходимости избавиться от ленты. Для этого исследователи встроили в «ёршиковый» полимер химический «выключатель»: слабощелочная вода запускает деградацию полимера — лента теряет клейкость за несколько минут.

Разница между двумя подходами принципиальна:

• клей команды Ворха разлагается до исходных компонентов — его можно повторно использовать для производства новой ленты;
• клей команды Мэтсона только теряет клейкость, но не восстанавливает исходную химическую структуру.

Сейчас обе команды обсуждают, как объединить результаты: совместить более прочный деградируемый клей с полностью перерабатываемой основой.

Почему это важно

Клейкие материалы применяются повсюду — от упаковки и строительства до медицины и электроники. По данным статистики, только в США ежегодно производятся миллиарды метров клейкой ленты. Большинство из них попадают на свалки или загрязняют потоки переработки. Создание клеящих материалов с управляемым «концом жизни» — это не просто академический интерес, а потенциально значимый шаг к экономике замкнутого цикла.

Читайте также: Прототип шины из шёлка превзошёл нейлон по прочности.

Пока оба материала находятся на стадии исследований. Университет не анонсировал коммерческий продукт.