Химики разработали ленту с клеевым и подложным слоем из одного материала

Химики из Политехнического института Вирджинии (Virginia Tech, VT) создали клейкую ленту, которая обладает большей адгезией, чем скотч и изолента, но при этом может быть полностью вторично переработана после использования, описывается в опубликованном исследовании «Мономерные полидисульфиды для производства самоклеящихся лент с возможностью вторичной переработки» (Mono-Material Polydisulfides for Pressure Sensitive Adhesive Tapes With Closed-Loop Recyclability).

«Как и упаковка для пищевых продуктов, клейкие ленты состоят из нескольких слоёв различных полимеров. Из-за многослойной структуры их сложно вторично перерабатывать», — говорит Джошуа К. Ворч, химик и исследователь в области экологичных полимеров из Политеха Вирджинии.

Большинство лент состоят из мягкого, липкого полимерного клея на акриловой основе и гибкой подложки, например, из полиэтилентерефталата (ПЭТФ). Исследователи разработали ленту, в которой клеевой и подложный слои изготовлены из одного и того же вторично перерабатываемого полимера.

Они использовали полидисульфид, который содержит повторяющиеся дисульфидные связи, легко разрываемые и восстанавливающиеся под воздействием химических веществ. Полидисульфид получают из биологических молекул с помощью методов «зелёной» химии. Исследователи изучают возможности применения этого экополимера для доставки лекарств и других биомедицинских целей.

Команда института Вирджинии синтезирует полимеры из липоевой кислоты — соединения, которое содержится в брокколи и шпинате и производится синтетическим путём в качестве пищевой добавки.

«Большинство методов получения полимеров из этих материалов дают в результате что-то очень вязкое и липкое, с неструктурированной поверхностью. Чрезвычайно большой размер полимерных цепочек приводит к большему запутыванию, что придает им высокую когезионную прочность», — говорит Джошуа К. Ворч.

Однако исследователи из VT разработали метод получения очень крупных и прочных сополимеров из двух мономеров на основе липоевой кислоты: α-липоевой кислоты и её эфирного производного — этиллипоевой кислоты. Для этой реакции требуется нетоксичный органокатализатор, она проводится с использованием нехлорированных растворителей и при комнатной температуре.

Исследователи прессуют сополимер в гибкие липкие пленки, которые не рвутся. Чтобы создать антиадгезионную подложку, они обрабатывают сополимерную пленку раствором гидроксида натрия, который нейтрализует кислотные компоненты полимера и превращает его в жесткий иономер с механическими свойствами, близкими к пластику. Затем они соединяют клеевой и подложковый слои с помощью горячего прессования.

По словам Ворча, точно подобрав соотношение двух мономеров в идеальной «зоне Златовласки», они смогли создать ленту с более высокой адгезионной прочностью, чем у всех протестированных ими коммерческих лент, включая скотч, малярный скотч, клейкую ленту и ленту Uline.

«Для вторичной переработки ленты требуется обработка хлороформом и серной кислотой, которые расщепляют полимер на составляющие. Дисульфидные связи легко разрушаются под действием ферментов в организме, поэтому вполне логично предположить, что микроорганизмы могут расщеплять их в окружающей среде», — говорит Джошуа К. Ворч.

Помимо возможности химической переработки, уникальность этой работы заключается в оригинальном подходе к изменению свойств одного биогенного полидисульфида с помощью простой реакции на основе кислоты.