Víte, že součástí vašeho dechu je i uhlovodík, který je základní stavební složkou kaučuku, ať již přírodního nebo syntetického? Je to za běžných podmínek bezbarvá těkavá kapalina známá pod označením izopren (systematický název 2-methyl-1,3-butadien). Produkují ho mnohé živé organismy – rostliny (kaučukovníky, eukalypty, duby, topoly,… pampelišky, luštěniny, …řasy, …) a živočichové, i když ti jen v stopových množstvích. Vegetace každoročně do atmosféry uvolní kolem 600 milionů tun izoprenu, což je asi třetina všech uhlovodíkových emisí, včetně metanu. Kolem listnatých lesů tento podíl místy dosahuje až 80 %. Tyto izoprenové emise přispívají k modré barvě oparu, do kterého se halí některá pohoří při pohledu z dálky. Jev, který dal jméno například pohoří Blue Ridge Mountains na východě USA. Přes tuto přirozenou produkci se izopren pro potřeby chemického průmyslu získává jako vedlejší produkt krakování ropy.
Z izoprenu pak kaučuk vzniká polymerizací, přičemž výsledné vlastnosti závisí od prostorové struktury vzájemné vazby monomerů. Nejběžnějším druhem je vysoce elastický cis-1,4-polyizopren, zatímco pevnější gutaperča, jejíž přírodní forma se získává z mízy Perčovníka pravého, je trans-1,4-polyizopren (vysvětlení cis-trans izomerie zde).
Jenže dnešní chemikové dokážou i takovým běžným a dávno známým materiálům, jakými jsou izoprenové kaučuky, dodat nové vlastnosti, které jsou v rozporu s našimi každodenními zkušenostmi. A pak předvádět kouzla.
Představte si malou destičku o rozměrech 3,5 x 2,5 x 0,6 centimetrů z čirého, vysoce elastického materiálu. Přes dva otvory u jednoho konce vede pevný provázek. Výzkumník bere do ruky nůžky a průhlednou destičku přibližně ve středu rozstřihne. Pak obě části čerstvými řezy k sobě přiloží a na několik sekund přitlačí.
Bez jakékoli chemikálie, bez změny běžných vnějších fyzikálních podmínek se rozstřižená destička sama zacelí natolik, že po asi minutě unese závaží o hmotnosti 2,5 kg a po hodině dvojnásobek, tedy 5 kg.
V dalším eskamotérském kousku moderní alchymista rozřeže asi 4 centimetry dlouhý proužek, obě části oddělí, aby se diváci přesvědčili, že nejde o podvod. Pak je k sobě na chvilku přiloží a abrakadabra - proužek je opět neporušený. Dokonce natolik, že bez protržení snese natažení na asi trojnásobnou délku. Poté je stejný pokus úspěšně předveden ve skleněné nádobě s vodou.
Jenže v tomto případě o žádná kouzla nejde. Nic, čím by šikovný iluzionista mystifikoval diváky. Chemici renomovaného japonského národního výzkumného ústavu RIKEN v časopisu Angewandte Chemie International Edition (Aplikovaná chemie) publikovali článek, v němž popisují postupy, kterými zmíněný samoregenerační (self-healable) materiál vytvořili a jaké má vlastnosti.
Z dostupných informací lze vyčíst, že část tajemství úspěchu představuje speciální polosendvičový katalyzátor na bázi skandia. Právě japonští chemici v RIKENU již několik let vynalézají a ve výzkumu nových materiálů využívají různé typy polosendvičových katalyzátorů s prvky vzácných zemin. Ten se skandiem jim umožnil kontrolovanou syntézu kopolymeru, který je směsí dvou mikrostruktur – tvrdší 3,4-polyizoprenové a měkčí segmentované cis-1,4 polyizoprenové, jež tvoří matrici. Ukázalo se, že při jejich poměru přibližně 7:3 je samoregenerace materiálu nejlepší.
"Konečným cílem je použití snadno dostupných monomerů k výrobě houževnatých samo se regenerujících polymerů, které jsou v případě mechanického poškození schopné se opravit v reálném prostředí bez jakéhokoli vnějšího zásahu," říká šéf publikované studie Zhaomin Hou, vedoucí Výzkumné skupiny pro pokročilou katalýzu v Centru pro vědy o udržitelných zdrojích RIKEN. "Jsme přesvědčeni, že naše práce nabízí poznatky, které pomohou tohoto cíle dosáhnout."
Bezpochyby zajímavý výzkum. Žel nejsou dostupné všechny informace. Možná i vás při čtení napadla otázka, jaká povrchová úprava výsledných produktů, například destiček, zabrání jejich vzájemnému nechtěnému slepení, když je někdo nedopatřením naskládá na sebe.
##seznam_reklama##
Nicméně je to zatím jenom akademická otázka. Od vývoje k výrobě často vede dlouhá cesta, která ne vždy končí v cíli. Již léta se objevují podobné nadějné zprávy o různých materiálech se samoregeneračními schopnostmi. Jak by se to u stále dražších plastových výrobků, které se tak těžko lepí, hodilo!
Odkazy na zajímavá videa ke stažení z volně dostupných doplňkových informací:
Video 2 – Po rozstřižení samozregenerovaný kaučukový plátek vystavený zátěžové zkoušce.
Video 3 - Nový materiál si samoregenerační schopnost zachová i pod vodou.
Video: Seznamte se s RIKEN
Literatura: Angewandte Chemie International Edition, RIKEN news