Pētnieki radījuši biobāzētu un pārstrādājamu alternatīvu populārajam poliuretāna putuplastam

Kā izstrādāt putu materiālu no augu izcelsmes izejvielām, pilnībā atsakoties no kaitīgām ķimikālijām, turklāt nodrošinot tā pilnīgu pārstrādi? Šo jautājumu veiksmīgi risinājusi starptautiska pētnieku komanda, kuras sastāvā ir arī Latvijas Valsts koksnes ķīmijas institūta (LVKĶI) Polimēru laboratorijas vadošais pētnieks Miķelis Kirpļuks. Pētījuma rezultāti, kas paver ceļu "zaļākai" mēbeļu un būvniecības industrijai, publicēti starptautiski atzītā zinātniskajā žurnālā Advanced Functional Materials.

Problēma ar tradicionālo poliuretānu

Mūsdienās poliuretāna putu materiāls  ir sastopams visur – tos izmanto matračos, mīkstajās mēbelēs, auto sēdekļos, ēku siltumizolācijā un pat ledusskapjos. Lai gan tās ir izturīgas, to ražošanā izmanto izocianātus – toksiskus savienojumus, kas var radīt risku cilvēku veselībai. Turklāt poliuretāna ķīmiskā struktūra padara nolietotā materiāla pārstrādi teju neiespējamu, kā rezultātā vecie matrači un izolācijas paneļi parasti nonāk atkritumu poligonos.

Inovācija no augu eļļām

Pētnieku komanda ir izstrādājusi jaunu putu materiālu (vinilogās uretāna putas), kura pamatā ir augu eļļas un kura ražošanā bīstamie izocianāti nav nepieciešami. Viens no būtiskākajiem šī pētījuma sasniegumiem ir ražošanas procesa efektivitāte: putu materiāls tiek iegūts aptuveni 60 sekunžu laikā – turklāt tas notiek  salīdzinoši maigos apstākļos, sākot no istabas temperatūras līdz 60°C.

Materiāla īpašības ir viegli pielāgojamas ražošanas procesā. Mainot izejvielu sastāvu, no šīm pašām augu eļļām var iegūt gan ļoti mīkstas, elastīgas putas (piemērotas komforta matračiem), gan stingru un cietu materiālu (piemērotu slodzi nesošai būvniecības izolācijai). Neraugoties uz augu izcelsmi, jaunais materiāls saglabā komerciālajiem analogiem raksturīgo vieglumu – tā blīvums ir tikai 60–70 kg/m³.

"Gudrās" saites ļauj materiālu pārstrādāt

Tradicionālo poliuretāna putu materiālu nevar izkausēt un izmantot atkārtoti, taču zinātnieki jaunajā materiālā iestrādājuši "dinamiskas ķīmiskās saites" (zinātnē to dēvē par vitrimēriem). Tas nozīmē, ka, pakļaujot putu materiālus karstumam un spiedienam, to iekšējās molekulārās saites uz laiku atveras un pārkārtojas. Pētnieki laboratorijā demonstrēja, ka, veco putu materiālu sasmalcinot un ievietojot karstajā presē, tas bez jebkādu papildu ķimikāliju vai katalizatoru pievienošanas pārvēršas par jaunu, izturīgu plastmasai līdzīgu plēvi. Tas nozīmē, ka vecais matracis vai izolācijas loksne pēc savas kalpošanas dzīves var kļūt par pavisam citu, noderīgu produktu.

Nākamais solis – industriālā ražošana

Šobrīd pētījuma rezultāti un pārstrādes spējas ir demonstrēti laboratorijas apstākļos. Taču, tā kā aprakstītā pieeja ir savietojama ar jau esošajām poliuretāna putu materiāla ražošanas līnijām, tas būtiski atvieglo tehnoloģijas turpmāku attīstību un ieviešanu rūpniecībā.

Pētījuma autoru vidū ir pētnieki no Čehijas Zinātņu akadēmijas Makromolekulārās ķīmijas institūta, Kārļa Universitātes Prāgā un Latvijas Valsts koksnes ķīmijas institūta.

Foto: Institute of Macromolecular Chemistry, Czech Academy of Sciences

Lasiet pilno zinātnisko publikāciju žurnālā Advanced Functional Materials:

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.78270