Недавнее открытие ученых в научно-исследовательском Case Western Reserve University позволит обеспечить более долгое и безопасное хранение свежих продуктов питания и лекарственных препаратов. Оно же может помочь обеспечить более сухую среду при хранении электронных приборов. И все это – очень недорого!

Открытие группы ученых под руководством профессора Анне Хилтнер (Anne Hiltner) касается нового метода блокирования прохода через полимерные материалы вредоносных газов. Метод, разрабатываемый командой с инженерного факультета Университета, основан на нанотехнологии. Исследования проводились в лабораториях Центра слоистых полимерных систем (Center for Layered Polymeric Systems – CLiPS); результаты опубликованы в свежем номере журнала Science (Haopeng Wang, Jong K. Keum, Anne Hiltner, Eric Baer, Benny Freeman, Artur Rozanski, and Andrzej Galeski. Confined Crystallization of Polyethylene Oxide in Nanolayer Assemblies, – Science 6 February 2009 323: 757–760 [DOI: 10.1126/science.1164601] (in Reports).

Center for Layered Polymeric Systems (CliPS) был создан под пятилетний грант размером в 19 миллионов долларов Национального Фонда научных исследований (National Science Foundation) США. В создании Центра принимали участие, кроме Case Western Reserve University, также и University of Texas at Austin, Fisk University, University of Southern Mississippi and Naval Research Laboratory.

Как говорит проф. Хилтнер, которая, по совместительству является и директором CliPS, – «открытие, сделанное в ее группе, является несомненным шагом к разработке новых, более гибких, оптически прозрачных, защитных полимерных материалов для нескольких важных приложений. Открытие было совершено без преднамеренных целенаправленных действий – случайно. Исследователи обнаружили, что полиэтиленгликоль (polyethylene oxide – PEO), ограниченный нано-толщинами, кристаллизуется как единый слой, напоминающий очень крупный непроницаемый моно кристалл, который в 100 раз уменьшает пропускание газов. Известно, в случаях, когда кристаллизующийся полимер ограничен столь тонкими слоями, исследователи часто видят удивительную самоорганизацию в почти идеальную кристаллическую упаковку полимерных цепей в каждом из тонких слоев», – добавляет проф. Хилтнер, – «поскольку атомы в таких зонах кристаллизации очень плотно примыкают друг к другу, составляя очень правильную и регулярную структуру, такие полимеры не пропускают через себя даже мельчайшие молекулы газов, таких, например, как кислород или двуокись углерода. Таким образом, эти эффекты кристаллизации повышают защитные возможности полимеров».

По мнению ряда специалистов, эффект такой внезапной самоорганизации полимеров в так называемый кристалл столь большого размера ( в терминах длины и ширины) до настоящего времени не наблюдался. Эксперименты группы проф. Хильнер показали возможность получения пленок очень большой площади, представляющих собой по сути единый кристалл.

Кристаллизованные полимеры, например, полиэтилен, полипропилен и т.д. широко применяются как упаковочные пленки для предохранения пищевых продуктов, лекарственных препаратов, электроники, оптики и т.д. от доступа газов, а также воздуха и его компонентов во многих отраслях промышленности. Эти материалы имеют привлекательный внешний вид, универсальность и низкую стоимость.

Группа проф. Хилтнер разработала новый метод изготовления многослойных полимерных пленок методом совместной экструзии компонентов, в котором, например, два полимера расплавляются и соединяются послойно, затем количество слоев удваивается столько раз, сколько требуется. При этом, разработчики установили, что в новой структуре, изготавливаемой подобным методом происходит самоограничение слоев по толщине (нано-слои), что делает результирующую пленку тоньше, соответственно, экономя материалы.

Евгений Биргер