Cercetătorii au creat un hidrogel care se repară singur în câteva minute și este complet reciclabil
Un nou tip de hidrogel dezvoltat de cercetători americani poate fi descompus complet și refolosit, iar după ce este tăiat își reface legăturile interne în aproximativ un sfert de oră. Materialul ar putea înlocui, în viitor, polimerii folosiți astăzi în produse greu de reciclat, de la lentile de contact până la scutece.
Hidrogelurile funcționează ca niște bureți care rețin cantități mari de apă într-o rețea de lanțuri moleculare lungi, numite polimeri. Rețeaua este ținută împreună de așa-numitele legături permanente, formate atunci când molecule mai scurte se atașează de lanțurile lungi. Aceste legături sunt extrem de greu de desfăcut, ceea ce transformă materialul într-o sursă de deșeuri persistente. Un scutec obișnuit, de exemplu, are nevoie de câteva sute de ani pentru a se descompune complet.
Înlocuirea legăturilor permanente cu unele reversibile
Cercetătorii au pornit de la un model existent de hidrogel și au înlocuit moleculele care formează punțile de legătură cu altele noi, capabile să creeze legături reversibile în anumite condiții. Această schimbare a deschis calea către un ciclu complet închis de reciclare: întreaga rețea de polimeri poate fi descompusă, toate componentele pot fi recuperate, iar din ele se poate reconstrui hidrogelul original. Testele au arătat că versiunile reciclate nu doar că își păstrează proprietățile, ci uneori se comportă chiar mai bine a doua oară.
Cheia controlului asupra desfacerii legăturilor este aciditatea mediului. Odată ce aceasta depășește un anumit prag, legăturile se rup; în rest, materialul rămâne intact. Proprietatea de autoreparare este legată de rolul apei în structură. Hidrogelul este plin de apă, iar formarea legăturilor produce apă suplimentară, ceea ce menține legăturile într-o stare dinamică, permițându-le să se desfacă și să se refacă în mod continuu. Este un proces asemănător cu al unui sculptor care remodelază mereu un bol de lut în loc să îl pună la cuptor: atât timp cât lutul rămâne maleabil, crăpăturile pot fi netezite.
Pentru a verifica autorepararea, cercetătorii au tăiat hidrogelul în două și au așezat bucățile ușor una lângă alta. În circa 15 minute, despărțitura a început să dispară pe măsură ce noi legături se formau de-a lungul tăieturii.
De ce contează caracterul reciclabil
Hidrogelurile au o textură moale, gelatinoasă, dar o structură internă rezistentă, ceea ce le face potrivite pentru o gamă largă de produse: lentile de contact, pansamente pentru răni, scutece, măști de răcire, dar și pentru administrarea controlată a medicamentelor ori pentru purificarea apei. Problema a fost întotdeauna că legăturile permanente produc deșeuri permanente.
Specialiștii din domeniu subliniază că a crea polimeri reciclabili fără a le compromite durabilitatea este o provocare majoră. Potrivit unei cercetătoare de la un laborator național de știință și energie din Statele Unite, citată de publicația universității care a coordonat studiul, un material trebuie să reziste la schimbări chimice pentru a fi durabil, dar trebuie să fie și susceptibil la transformări chimice pentru a putea fi reciclat. Aceeași cercetătoare a arătat că materialele autoreparabile au un potențial ridicat, mai ales în situațiile în care repararea sau înlocuirea lor este nepractică ori costisitoare: atunci când tăieturile și găurile se pot închide singure, materialul poate fi pus din nou în funcțiune ca și cum ar fi nou.
Rezultatele au fost publicate într-un articol din revista științifică Advanced Materials.
