Мало что раздражает сильнее клея, который отказывается клеиться. Разве что клей, который не желает отпускать, когда он больше не нужен.
Химики демонстрируют прочность одного из новых клеёв в перетягивании каната между преподавателями и студентами — канат порвался раньше, чем поддался клей. Источник изображения — newatlas.com
Исследователи из Virginia Tech разработали два новых клея, нацеленных на обе проблемы сразу. Их создавали две независимые команды химиков. Один клей вчетверо прочнее коммерческих составов, применяемых в армированном скотче (duct tape), но за считанные минуты разрушается в слабощелочной воде. Второй — лента, у которой клеевой слой и пластиковую подложку можно перерабатывать вместе.
Большинство контактных клеёв основано на полимерах — длинных цепочках повторяющихся молекулярных звеньев, которые переплетаются друг с другом. В зависимости от химии и структуры такие спутанные цепи дают всё что угодно — от жёстких пластиков до тянущейся резины и, как в этом случае, липких материалов, то есть клеёв. Эти материалы повсюду: они скрепляют посылки, удерживают этикетки на бутылках, фиксируют медицинские повязки и держат постеры на стенах спален.
Вот только эта липкость создаёт проблемы в конце срока службы изделия.
Обычные ленты, как правило, сочетают несколько химически разных материалов — пластиковую подложку, клей и различные добавки. Даже после снятия ленты остатки клея способны сделать такие материалы, как картон, трудно- или вовсе непригодными для переработки. Есть и другая беда — лента, которая не хочет отклеиваться: пытаешься снять этикетку, а в итоге сдираешь её рваными неровными полосами.
«Мы хотим, чтобы материал был полезен, пока мы им пользуемся, но как только необходимость отпадает, он должен исчезать, — говорит Джош Ворч (Josh Worch), доцент кафедры химии Virginia Tech. — Мы проектируем каждый новый материал с прицелом на конец его жизненного цикла».
Немецкие исследователи ранее предложили технологию бесклеевой бумажной упаковки, но она решает лишь небольшую, «упаковочную» часть проблемы. Решения Virginia Tech нацелены на то, чтобы встроить способность к распаду прямо в молекулярную структуру клея.
Обычная лента наносит клеевой материал на подложку — как правило, из другого, преимущественно пластикового плёночного материала или бумаги. Так что даже с разлагаемым клеем подложка всё равно остаётся. Чтобы решить и это, Ворч с командой создали так называемую мономатериальную ленту из двух слоёв: физически они различаются, но основаны на близкой химии, хотя и выполняют совершенно разные задачи.
За разлагаемость отвечала липоевая кислота — природное серосодержащее соединение, встречающееся в том числе в брокколи и шпинате. Из неё сделали чрезвычайно крупные полимеры, от природы липкие, а затем аккуратно подобрали количество кислоты, чтобы сбалансировать два свойства, которые клей обязан выдержать: адгезию — то, насколько прочно материал пристаёт к другой поверхности, и когезию — то, насколько хорошо клей держится сам за себя.
Полученный клей, по имеющимся данным, превзошёл по прочности сцепления сверхпрочный армированный скотч. Что важнее, подложку и клей можно утилизировать вместе: мягкая химическая реакция длительностью в несколько часов разлагает оба слоя обратно на исходные компоненты, из которых затем можно сделать новую ленту.
Вторая команда под руководством профессора химии Джона Мэтсона (John Matson) подошла к разлагаемым клеям иначе, применив так называемые бутылочные полимеры (bottlebrush). У них есть центральная молекулярная основа с боковыми цепями по всей длине — словно щетинки на ёршике для мытья бутылок, только на молекулярном уровне. Исследователи связали молекулы из вязкого масла и газа, получив новую разновидность такого полимера — прозрачную, поддающуюся формовке массу с консистенцией, похожей на Blu Tack.
Затем из неё сделали ленту, приклеили к поверхности и измерили, какое усилие нужно, чтобы её оторвать.
Аспирантка-исследователь Реджина Хэм работает с бутылочным полимером. Источник изображения — newatlas.com
По словам учёных, первой их реакцией на результаты было недоверие: клей оказался «вчетверо прочнее коммерческих составов, применяемых в армированном скотче». Но это была прочность на отрыв. Чтобы дополнительно проверить липкость, команда привязала верёвки к концам двух полосок ленты, склеила полоски между собой и устроила перетягивание каната между студентами и преподавателями. Канат порвался раньше, чем поддался клей!
Итак, материал решает проблему прочности сцепления, но мог бы кошмарно усугубить проблему конца срока службы — когда лента больше не нужна липкой. Чтобы этого не произошло, исследователи снабдили клей «выключателем»: достаточно смочить его слабощелочной водой, и полимер начинает распадаться, разрушаясь за считанные минуты. Иными словами, лента с хваткой тигра, которую по команде можно мгновенно превратить в домашнюю кошку.
Однако, в отличие от перерабатываемого клея команды Ворча, который можно разложить на исходные компоненты, клей на основе бутылочного полимера ограничивается лишь разлагаемостью. Липкость у него можно отозвать, но вернуть его к исходной химической структуре невозможно.
Сейчас обе команды обсуждают, как объединить свои результаты, соединив более прочный разлагаемый клей с полностью перерабатываемой подложкой.
Пока же это остаётся исследовательскими материалами: университет не анонсировал ни коммерческого продукта, ни даты выхода. Тем не менее проекты, описанные в журналах Advanced Functional Materials и Angewandte Chemie International Edition, судя по всему, разом решили две противоречащие друг другу проблемы обычной ленты — да ещё и с приятным бонусом в виде перерабатываемости одного из материалов.
Источник: Virginia Tech
