[ad_1]
Para peneliti di Laboratorium Nasional Oak Ridge Departemen Energi menggunakan kimia polimer untuk mengubah plastik rumah tangga biasa menjadi perekat yang dapat digunakan kembali dengan kombinasi kekuatan dan keuletan yang langka, menjadikannya salah satu bahan terberat yang pernah dilaporkan.
Para peneliti di Laboratorium Nasional Oak Ridge mendaur ulang plastik biasa untuk mengembangkan perekat baru yang dapat digunakan kembali dengan kekuatan dan ketangguhan yang luar biasa. Kredit: Carlos Jones/ORNL, Departemen Energi AS
Pembelajaran, diterbitkan di Kemajuan Ilmu Pengetahuan, secara mendasar memajukan jalur untuk merancang kelas baru perekat tangguh dengan fitur yang diinginkan yang digabungkan menjadi satu bahan. Teknologi ini beradaptasi untuk menahan beban berat, mentolerir tekanan dan panas yang ekstrem, dan mengikat secara reversibel ke berbagai permukaan termasuk kaca, aluminium, dan baja.
“Perekat yang kuat dan tangguh sulit untuk dirancang karena perlu menggabungkan fitur keras dan lunak yang biasanya tidak kompatibel,” kata ilmuwan ORNL dan penulis korespondensi Tomonori Saito. Perekat struktural seperti epoksi sebagian besar dirancang untuk kekuatan menahan beban tetapi tidak memiliki ketangguhan, properti yang membantu material menghilangkan tegangan saat ditarik atau diregangkan untuk mencegah kegagalan mendadak.
“Tantangannya adalah menambahkan ketangguhan yang Anda dapatkan pada material fleksibel tanpa mengorbankan kekuatan. Pendekatan kami menggunakan ikatan kimia dinamis untuk mengembangkan perekat baru dengan sifat luar biasa yang tidak terlihat pada bahan saat ini,” kata Saito.
Para peneliti bertujuan untuk mendaur ulang termoplastik komoditas, polistirena-b-poli(etilena-co-butilena)-b-polistirena, atau SEBS, bahan polimer karet yang mudah diproses tetapi tidak direkayasa untuk daya rekat yang kuat. Tujuan dari upcycling adalah untuk menambah nilai pada plastik umum yang diproduksi dalam volume tinggi untuk aplikasi umum dan seringkali sekali pakai, seperti wadah makanan, mainan, dan barang-barang rumah tangga.
Tim memodifikasi struktur kimia SEBS dengan ikatan silang dinamis untuk membuatnya lebih kuat, serta menciptakan jalur penggunaan kembali untuk plastik, di luar daur ulang tradisional, yang meningkatkan kinerjanya untuk aplikasi baru dan khusus.
Crosslinking adalah strategi yang dikenal untuk merancang bahan dengan sifat yang lebih stabil. Pendekatan tersebut dapat menciptakan jembatan antara struktur yang biasanya tidak kompatibel. Dalam studi tersebut, ester boronik digunakan untuk menggabungkan SEBS dengan nanopartikel silika, atau SiNP, bahan pengisi yang digunakan untuk memperkuat polimer. Kombinasi tersebut menghasilkan bahan komposit ester-SiNP boronik ikatan silang baru.
Ikatan silang konvensional biasanya menghasilkan ikatan permanen yang mencegah perekat dilepas atau diproses ulang. Studi ini menemukan bahwa ester boronik memungkinkan pengikatan silang “dinamis” atau reversibel dan merupakan kunci untuk daya rekat kuat material baru serta kemampuan daur ulang. Senyawa kimia unik ini dapat menciptakan ikatan stabil yang dapat membuat dan memutuskan berulang kali – fitur yang tidak biasa yang membuatnya menarik untuk desain material yang berkelanjutan.
“Penemuan mendasar adalah bahwa ester boronik pada SEBS dapat mengatur ulang ikatan dengan gugus hidroksil – oksigen dan hidrogen – pada SiNP untuk menyesuaikan sifat untuk pekerjaan yang menuntut. Kami juga menemukan pembentukan ikatan ester boronik reversibel serupa dengan berbagai permukaan yang memiliki gugus hidroksil,” kata penulis utama Md Anisur Rahman, yang bekerja dengan Saito di Divisi Ilmu Kimia ORNL.
Temuan dua kali lipat ini diamati secara eksperimental dan komputasi dengan teori fungsi kepadatan.
Hasil menunjukkan ikatan silang bergeser di dalam material untuk memungkinkan sifat spesifik dan melekat pada permukaan begitu kuat sehingga sentimeter persegi tipis dapat menampung sekitar 300 pon. Tes geser yang mengukur ketangguhan dengan mencoba melepaskan material dengan kekuatan berada di luar grafik, jauh melebihi semua perekat komersial yang diuji dalam penelitian ini. Bahannya sangat kuat dalam menempel pada kaca, bahkan, kaca itu retak sebelum sampel terlepas. Pendekatan ini juga meningkatkan stabilitas termal hingga 400 derajat Fahrenheit, membuat perekat menarik untuk aplikasi ambien dan suhu tinggi.
Selain daya rekat yang luar biasa, sifat mengejutkan dari bahan yang keras ini adalah bahan ini juga dapat didaur ulang. “Perekat berperforma tinggi jarang dapat dilepas, tetapi perekat kami dirancang untuk digunakan kembali dan dapat didaur ulang,” kata Rahman. “Ini dapat diterapkan dan terlepas dengan panas dan tekanan dan digunakan kembali beberapa kali.”
Pengembangan memperluas aplikasi untuk perekat dirgantara, otomotif dan konstruksi. “Ada manfaat bagi industri dan lingkungan untuk menghemat sumber daya dan mengurangi limbah. Secara desain, perekat ini memungkinkan Anda untuk melakukan perbaikan atau memperbaiki kesalahan yang mahal dan dapat diproses ulang untuk penggunaan baru dalam aplikasi yang sangat menantang,” kata Saito.
Tim berencana untuk mengkomersialkan teknologi dan mengeksplorasi ikatan silang dinamis dengan pengisi lain untuk mengembangkan perekat kuat yang dioptimalkan untuk permukaan dan fungsi ikatan tertentu.
Artikel jurnal diterbitkan sebagai “Desain perekat tangguh dari termoplastik komoditas melalui ikatan silang dinamis.”
Pekerjaan itu disponsori oleh program Penelitian dan Pengembangan yang Disutradarai Laboratorium ORNL. Perhitungan teori fungsi kepadatan didukung oleh DOE Office of Science.
UT-Battelle mengelola ORNL untuk Department of Energy’s Office of Science, satu-satunya pendukung terbesar penelitian dasar dalam ilmu fisika di Amerika Serikat. Office of Science sedang bekerja untuk mengatasi beberapa tantangan paling mendesak di zaman kita. Untuk informasi lebih lanjut, silahkan kunjungi energy.gov/science.
Sumber: ORNL
[ad_2]
