Erikoistutkija Jianwei Lin johtama tutkimusryhmä Turun yliopiston MediCity-tutkimuslaboratoriossa on tutkinut uudentyyppisiä materiaaleja, joita kutsutaan supramolekyylimuoveiksi. Ne ovat ympäristöystävällisempi vaihtoehto ja voivat tulevaisuudessa korvata tavanomaiset polymeeriset muovit.
Tutkijoiden neste-neste-faasierotusta hyödyntämällä luodun supramolekyylimuovin mekaaniset ominaisuudet olivat verrattavissa tavanomaisiin polymeereihin, mutta se hajoaa huomattavasti helpommin ja sitä olisi helpompi uusiokäyttää.
Muovi on yksi tärkeimmistä nykyajan materiaaleista ja sitä hyödynnetään lähes kaikkialla. Perinteiset polymeerimuovit kuitenkin hajoavat ja uudistuvat luonnossa vaikeasti, ja niistä on tullut yksi suurimmista uhista ihmisen selviytymiselle. Muovin huono hajoaminen luonnossa johtuu kovalenttisten sidosten luontaisesta voimasta, joka yhdistää monomeerejä polymeerien muodostamiseksi.
Haasteen ratkaisemiseksi tutkijat ovat ehdottaneet polymeerien tekemistä ei-kovalenttisilla sidoksilla, jotka eivät ole yhtä tehokkaita kuin kovalenttiset sidokset. Heikompi vuorovaikutus ei ole kuitenkaan tarpeeksi vahva sitomaan molekyylejä makroskooppisissa materiaaleissa, mikä estää ei-kovalenttisten materiaalien hyödyntämisen käytännössä.
Erikoistutkija Jianwei Lin ryhmä on havainnut, että fysikaalinen konsepti, jota kutsutaan neste-neste-faasierotukseksi, voisi eristää ja tiivistää liuenneita aineita, vahvistaa molekyylien välistä sidosvoimaa ja edistää makroskooppisten materiaalien muodostumista.
Älykkäillä muoveilla kestävämpää tulevaisuutta
Neste-neste-faasierotusta hyödyntämällä Jianwei Lin tutkimusryhmä loi uudenlaisen supramolekyylimuovin, jonka mekaaniset ominaisuudet olivat verrattavissa tavanomaisiin polymeereihin.
Uudenlaisella muovilla on myös muunlaisia hyödyllisiä ominaisuuksia. Kun supramolekyylinen muovi oli hajotettu paloiksi, sen osat voitiin yhdistää ja ne sitoutuivat toisiinsa välittömästi. Materiaali toimi myös sidosaineena, kun kyllästetyt määrät vettä kapseloitiin. Esimerkiksi teräksestä valmistetut saumakappaleet kestivät 16 kg painon kuukauden ajan.
Lin ryhmän kehittämän supramolekyylisen muovin yksi kiinnostavimmista ominaisuuksista oli, että materiaali oli hajoavaa ja erittäin kierrätettävää.
– Verrattuna perinteisiin muoveihin, uudet supramolekyyliset muovimme ovat älykkäämpiä, koska ne eivät ainoastaan säilytä vahvaa mekaanista ominaisuutta, vaan myös säilyttävät dynaamisia ja palautuvia ominaisuuksia, jotka tekivät materiaalista itsestään korjaantuvan ja uudelleenkäytettävän, selittää tohtoritutkija tohtori Jingjing Yu.
– Yksi pienistä molekyyleistä, jotka tuottivat supramolekyylistä muovia, seulottiin aiemmin monimutkaisesta kemiallisesta järjestelmästä. Se muodosti älykkäitä hydrogeelimateriaaleja magnesiummetallikationien kanssa. Olemme erittäin innoissamme voidessamme opettaa tälle vanhalle molekyylille uusia temppuja hyödyntämällä neste-neste-faasierotusta, Jianwei Li sanoo.
– Tutkimuksemme osoittaa, että neste-neste-faasierotus voi olla merkittävä prosessi soluosastojen muodostumisen aikana. Nyt kehitimme tätä ilmiötä pystyäksemme vastaamaan suureen ympäristöhaasteeseen. Uskon, että neste-neste-faasierotusta hyödynnetään jatkossa entistä enemmän ja sen avulla voidaan tuottaa hyvin mielenkiintoisia materiaaleja lähitulevaisuudessa, Li jatkaa.
Tutkimus on julkaistu yhdessä maailman johtavista kemian alan tieteellisistä julkaisuista Angewandte Chemie -lehdessä 5.8.2022: https://doi.org/10.1002/anie.202204611
