Химики из Новой Зеландии превратили столовые приборы из биопластика в пену, которую можно использовать в качестве материала для теплоизоляции стен. В работе, опубликованной в журнале Physics of Fluids, ученые вспенили вилки из полимолочной кислоты (полилактида) при помощи сверхкритического углекислого газа.

На сегодня основным материалом для изготовления упаковки и одноразовой посуды служит пластик. Как и многие другие пластиковые изделия, упаковка и посуда производятся из невозобновляемого сырья и являются одними из наиболее опасных загрязнителей окружающей среды. Биоразлагаемые пластмассы представляют собой возможное решение этой проблемы.

Однако биоразлагаемые пластмассы не перерабатываются в большинстве стран, поскольку они не предназначены для этого. Перерабатывать биоразлагаемые столовые приборы, чтобы из этого материала снова изготовить столовые приборы — не практично, так как прочность материала при переработке снижается. Поэтому предметы из биопластика в конечном итоге попадают на свалку. Но было бы более конструктивно разработать методы рециркуляции биоразлагаемых пластиков. Причем разумно рассматривать переработку биопластика с целью создания материалов для применения в тех областях, где прочность материала менее значительна. Пенопласты — хорошее применение для переработанного биопластика.

Новозеландским исследователям под руководством Лилянь Линь (Lilian Lin) из Университета Кентербери удалось превратить столовые приборы из полилактида в пену при помощи углекислого газа под высоким давлением. Полилактид — это полимер, представляющий собой термопластичный алифатический полиэфир, который можно получить из кукурузного крахмал или сахарного тростника. Этот биопластик применяют в основном в 3D-печати, изготовлении тканей, упаковок, пленок, а также в автомобилестроении и электронике.

Сначала вилки из полимолочной кислоты оставили в вакуумной печи при комнатной температуре на две недели для испарения влаги и летучих химикатов, включая непрореагировавшие мономеры, присутствующие в материалах. Затем вилки поместили в камеру, заполненную углекислым газом. Внутри нагретой камеры повышали давление, в результате чего углекислый газ переходил в состояние сверхкритического флюида и растворялся в пластике. Затем, когда давление резко понижали, газ расширялся внутри пластика и превращал его в пену.

Химики вспенили полилактид с помощью сверхкритического CO₂ без использования дополнительных добавок. Для получения изображений вспененных структур химики использовали сканирующий электронный микроскоп.

Для изучения влияния условий вспенивания (температуры, давления, концентрации CO₂) на структуру пен, процедуру проводили при температурах 140, 160 и 180 градусах по Цельсию и давлении 10, 12, 20 и 28 мегапаскалей. Меняя температуру и давление можно было регулировать плотность и размер ячеек в пене. Например, при повышении давления диаметр ячеек уменьшался (при температуре 140 градусов по Цельсию). А удельный объем воздушной фазы увеличивался по мере уменьшения концентрации углекислого газа (при любом значении температуры и давления).

Структуры пен, полученные при разных значениях давления и температуры / Lilian Lin et. al. / Physics of Fluid, 2021