В статье, опубликованной в научном журнале Macromolecules, издаваемом Американским химическим обществом (American Chemical Society, ACS), ученые из корпорации и Стэнфордского университета сообщают о своих открытиях, которые могут привести к созданию новых типов <биодеградируемых> (биологически разлагаемых естественными факторами) и <биосовместимых> пластмасс. Благодаря многолетним усилиям исследователей был достигнут научный прорыв, результатом которого может также быть появление новых методов и процессов утилизации, которые позволят в будущем полностью перерабатывать и повторно использовать бытовой и промышленный пластик. Технологии, в основе которых будет лежать анонсированное сегодня открытие, могут найти широкое применение в самых разных отраслях и областях деятельности, включая здравоохранение, микроэлектронику, сферы производства биодеградируемых пластмасс и переработки пластиковых отходов.
Ученые IBM и Стэнфорда стали первыми, кто применил метод органокатализа в химии экологически чистых полимеров, что является фундаментальным изменением в данной научной области. Это исследование и новый подход, использующий органические катализаторы, может привести к созданию пластмасс с четко структурированными биодеградируемыми молекулами - иными словами, материалов, полученных из возобновляемых ресурсов <экологически ответственным> путем.
<Мы продолжаем изучение новых методов и сфер применения технологий и наших знаний в материаловедении для формирования экологически устойчивого и рационального будущего, - подчеркнула Джозефин Чен (Josephine Cheng), почетный сотрудник IBM со статусом IBM Fellow и вице-президент Альмаденского исследовательского центра IBM (IBM Research - Almaden). - Разработка новых семейств органических катализаторов привносит в область экологически чистой химии большую гибкость и разносторонность прикладного использования, открывая возможности новых применений, в частности, для производства материалов с хорошей способностью к биологическому разложению, что улучшает процессы утилизации отходов и повторного использования материалов>.
Одной из самых неприятных экологических проблем является утилизация и переработка одноразовых пластиковых бутылок, ежегодный объем мирового производства которых превышает 13 млрд. штук. Несмотря на то, что пластик вполне пригоден для переработки, получаемые в результате этой переработки материалы ограничены только для использования <во втором поколении>. Это означает, что материалы, созданные путем переработки пластиковых бутылок, после однократного использования должны отправляться на мусорную свалку. В США ежегодно уничтожается до 63 фунтов (приблизительно 28,5 кг) пластиковой упаковки в расчете на одного человека - вместо того, чтобы многократно перерабатываться. Результат прорыва ученых IBM и Стэнфордского университета в области <зеленой> химии состоит в потенциальной возможности создания нового процесса переработки пластиковых отходов, который полностью преобразует процесс восстановления мономерных звеньев полимера в свое исходное состояние, что позволит значительно сократить объем отходов и, как следствие, меньше загрязнять окружающую среду.
IBM также сотрудничает с учеными из Научно-технологического центра имени короля Абдулазиза (King Abdulaziz City for Science & Technology, KACST), Саудовская Аравия, в создании процесса переработки отходов из полиэтилентерефталатных (polyethylene terephthalate, PET) пластиков, которые обычно используются в качестве пищевых упаковок и бутылок для напитков и других жидкостей.
Эти крупные научные и технологические достижения являются также очень многообещающими с точки зрения прикладного применения в биомедицинской сфере. Так, например, многие действенные лекарственные препараты, разработанные для борьбы с раковыми клетками, обладают настолько сильнодействующим эффектом, что одинаково поражают как злокачественные, так и здоровые клетки. Использование органокатализа может привести к созданию специализированных полимеров, способных помочь в безопасной доставке лекарства к отдельным клеткам или пораженным участкам.
Революционное достижение IBM в области органокатализа и экологически чистой химии - Джим Хедрик (Jim Hedrick), исследователь из отделения IBM Research в Сан-Хосе, штат Калифорния, работает над новыми химическими формулами, которые смогут упростить переработку и повторное применение 13 млрд. использованных пластиковых бутылок, что ежегодно уничтожаются по всему миру. Ученые IBM и Стэнфордского университета сообщили в среду, 10 марта 2010 года, о прорыве в области <зеленой> химии, который может привести к созданию новых типов экологически чистых полимерных материалов, способных значительно сократить отходы и загрязнение окружающей среды (Monica M. Davey (Моника М. Дейви)/Служба Feature Photo Service для IBM).
Научные детали, отмеченные в статье
В статье, озаглавленной "Organocatalysis: Opportunities and Challenges for Polymer Synthesis" (<Органокатализ: возможности и проблемы синтеза полимеров>), описывается, как и почему подход на основе органокатализа открывает новые возможности для создания экологически чистых пластмасс. Внедрив методики органического катализа в область химии синтетических полимеров, ученые разработали широко применимую на практике прикладную технологию, продемонстрировав ее совместимость с целым рядом методов полимеризации и типов мономеров.
Ученые сконцентрировали свои усилия на т.н. <полимеризации с раскрытием цикла> (ring-opening polymerization) - методологической концепции, доминирующей в сферах применения метал-оксидных и метал-гидроксидных катализаторов. Ученые показали, что органические катализаторы также демонстрируют высокую биохимическую активность, сравнимую с наиболее активными катализаторами на основе металлов, и обеспечивают доступ к полимерным архитектурам, которые труднодостижимы традиционными способами.
В статье сообщается о разработке нескольких новых семейств высокоактивных и, в то же время, экологически благоприятных органических катализаторов для преобразования возобновляемых ресурсов в продукты, которые демонстрируют показатели <цена/производительность>, сравнимые с существующими материалами.
В статье также описываются способы утилизации или <деградации> (биохимического распада), позволяющие сформировать замкнутый жизненный цикл для материалов, которые будут удовлетворять требованиям рынка и, в то же время, помогать будущим поколениям минимизировать <углеродный след>.
Кроме того, команда ученых разработала новую методику для синтеза циклических полиэфиров с высокой молекулярной массой, а также целое поколение новых семейств биологически совместимых полимеров для применения в биомедицинских целях.
