Bąbelki przez miliardy

Jeśli klasyczny film z lat 60. Absolwent zostały przerobione dzisiaj, Benjamin może otrzymać dwie rady zamiast jednego: mikrokomórkowe tworzywa sztuczne. Te materiały polimerowe, przesiąknięte pęcherzykami o średnicy mniejszej niż 50 mikronów, są wytrzymałe, lekkie i mogą być wykonane z niezwykle cienkich elementów, które sugerują wszelkiego rodzaju zastosowania. Teraz ludzie muszą tylko wymyślić, które z nich uświadomić sobie jako pierwsze.

Mikrokomórkowe tworzywa sztuczne (MCP) to pomysł Nam Suh, szefa Wydziału Inżynierii Mechanicznej MIT, który wynalazł proces ich wytwarzania w 1979 roku. Pomysł został wywołany pytaniem zadanym podczas lunchu przez kierownika Eastman Kodak, który próbował opracować sposób, w jaki jego firma może zmniejszyć ilość tworzyw sztucznych wykorzystywanych w swoich produktach, a tym samym obniżyć koszty produkcji bez poświęcania właściwości fizycznych, wspomina Suh. Oszczędności mogą być znaczne, biorąc pod uwagę, że tworzywa piankowe są szeroko stosowane między innymi do pakowania, izolacji termicznej, wyściełania i naczyń jednorazowych. Suh szybko zasugerował wprowadzenie mikroskopijnych bąbelków do polimeru, aby zmniejszyć ilość użytego materiału.

Ta historia była częścią naszego wydania ze stycznia 1998 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Wymyślenie pomysłu było łatwe, wspomina. Najtrudniejsze było wymyślenie, jak to zrobić.

Wspomagany przez kilku studentów MIT, Suh wymyślił technikę, która polegała na mieszaniu gazu z ciekłym plastikiem pod wysokim ciśnieniem, a następnie nagłym obniżeniu ciśnienia w celu utworzenia pęcherzyków (zwanych również pustkami lub komórkami), które są rozłożone równomiernie w całym materiale. Podejście Suha stworzyło znacznie mniejsze, gęściej upakowane pęcherzyki niż konwencjonalna metoda dodawania cząstek zanieczyszczeń do cząstek stopionego polimeru, które powodują nieciągłości w polimerze, co z kolei powoduje powstawanie pustych przestrzeni. Liczba pustych przestrzeni, które można w ten sposób zrobić, jest ograniczona przez fakt, że nie można dodać zbyt wielu zanieczyszczeń bez zniszczenia oryginalnego materiału, wyjaśnia Suh. Ponadto puste przestrzenie w konwencjonalnych spienionych tworzywach sztucznych mają zwykle średnicę co najmniej 200 mikronów.

Suh opatentował swój proces w 1984 r., ale zawiesił pracę nad MCP do 1988 r., kiedy to powrócił do MIT po czterech latach pełnienia funkcji asystenta dyrektora w National Science Foundation.

Suh twierdzi, że producenci wielu, jeśli nie większości, wyrobów z tworzyw sztucznych mogliby zaoszczędzić materiały i pieniądze, stosując MCP. Ponieważ małe puste przestrzenie są tak gęsto upakowane (rzędu 10 miliardów komórek na centymetr sześcienny), MCP zużywają znacznie mniej materiału niż konwencjonalne spienione tworzywa sztuczne. Mówiąc najprościej, zawierają większą część pustych przestrzeni. Możemy obniżyć koszty materiałów od 10 do 95 procent, w zależności od zastosowania, zauważa Suh. A zużywając mniej materiałów, mniej energii jest potrzebne do produkcji, a później będzie mniej odpadów do utylizacji lub recyklingu. Co więcej, MCP są bardziej odporne na pękanie, rozbijanie, zmęczenie i niskie temperatury niż konwencjonalne tworzywa sztuczne, twierdzi Matt Pallaver, wiceprezes Trexel, Inc., firmy utworzonej w 1994 roku w celu opracowania komercyjnych zastosowań nowych materiałów. (Trexel jest następcą Axiomatics, firmy założonej przez Suh w 1983 roku w celu produkcji oprzyrządowania dla przemysłu przetwórstwa tworzyw sztucznych.)

Dużą dziedziną dla nas jest opracowywanie nowych cienkich produktów – pianek z tworzyw sztucznych, które są tak cienkie jak papier – mówi. Mogłyby one być używane na przykład jako powłoki dla przewodów do transmisji danych. Nie możesz użyć do tego konwencjonalnych pianek, ponieważ same komórki są większe niż to, co próbujesz zrobić, wyjaśnia.

Trexel współpracuje obecnie z głównymi producentami tworzyw sztucznych w celu opracowania co najmniej 18 różnych zastosowań tego materiału. Przedstawiciele firmy Trexel nie są w stanie omawiać szczegółów tych projektów z przyczyn zastrzeżonych, ale twierdzą, że badane przez nich zastosowania obejmują części samochodowe, rury, izolowaną obudowę kabli i przewodów, materiały budowlane, pojemniki (takie jak butelki i puszki) i… niskie, jednorazowe talerze i kubki. Wciąż próbujemy znaleźć nowe aplikacje, mówi Pallaver.

Ponieważ każdego dnia odkrywane są nowe zastosowania tworzyw sztucznych, dodaje Chul Park, inżynier mechanik z Uniwersytetu Toronto, który współpracował z Suh w MIT, MCP mają większy potencjał rynkowy, niż ludzie mogą sobie wyobrazić.

ukryć