إذا كنت متجهاً إلى الشاطئ في يوم صيفي حار ، فأنت لا تريد أن تنسى البرودة المليئة بالمشروبات. يمكنك تحميل هذا المبرد بالثلج. ومع ذلك ، فإن الثلج بمفرده لن يحافظ على برودة الأشياء لفترة طويلة. هذا هو السبب في أن المبرد يحتوي على مواد عازلة في جدرانه. لطالما كانت أفضل العوازل هي الرغوات المصنوعة من البلاستيك ، مثل الستايروفوم. لكن نوعًا جديدًا من الرغوة مصنوع من لب الخشب يعمل بشكل أفضل. وهي صديقة للبيئة.
تعتبر الرغوة البلاستيكية مفيدة وشائعة بشكل لا يصدق. مليئة بملايين الجيوب الهوائية الصغيرة ، هيكلها الرغوي خفيف الوزن وقوي. هذه المادة تحمي العبوات الهشة أثناء الشحن. وعند استخدامها كعازل ، تساعد فقاعات الإسفنج البلاستيكية الصغيرة على إبقاء الحرارة داخل - أو خارجه - لساعات. لهذا السبب اعتمد الناس عليها في كل شيء من الأكواب والمبردات إلى التعبئة والتغليف والعزل المنزلي.
يقول العلماء:البلاستيك الدقيق
ومع ذلك ، فإن هذه الرغوات لها بعض العيوب. إنها مصنوعة من البترول ، وهو مادة غير متجددة. وعندما ينتهي شخص ما من استخدام هذه المنتجات القائمة على الرغوة ، يصعب إعادة تدويرها. لا تتحلل الرغوة البلاستيكية (تتحلل بشكل طبيعي). وبدلاً من ذلك ، فإنه يميل إلى التفكك إلى حبات صغيرة جدًا يمكن أن تتناثر بفعل الرياح ، وتنشر التلوث على مسافة قريبة وبعيدة.
لهذا السبب يحاول الباحثون إيجاد بديل. إنهم يريدون شيئًا "أخضر" - أفضل للبيئة ، سواء من حيث كيفية صنعه وكيفية التخلص منه. Xiao Zhang و Amir Ameli عالمان مواد يعملان في جامعة ولاية واشنطن في ريتشلاند. ويعتقدون أن الإجابة قد تكمن في الأشجار.
التحول إلى الأشجار
السليلوز هو مادة شديدة الصلابة تشكل جدران خلايا النبات. اكتشف علماء آخرون طرقًا لصنع رغوة من السليلوز في الأشجار. لقد أحبوا أن المكون الأولي ليس فقط موردًا متجددًا ، ولكن أيضًا يمكن أن يتحلل تمامًا في البيئة.
ومع ذلك ، مباشرة من النبات ، السليلوز غير قابل للرغوة. وجد باحثون سابقون أنهم بحاجة أولاً إلى إذابة لب الخشب بالحمض ثم ترشيحه. ما تبقى سيكون بلورات صغيرة من السليلوز. إنها صغيرة جدًا لدرجة أنك تحتاج إلى 500 بلورة ، جنبًا إلى جنب ، لتتناسب مع عرض شعرة الإنسان. هذه البلورات النانوية هي السبب وراء قوة جذوع الأشجار.
لتحويلها إلى رغوة ، أذاب الباحثون البلورات النانوية في مذيبات قاسية. (المذيبات عبارة عن سوائل تذوب مواد أخرى.) ثم تقوم بتجميدها لتكوين رغوة وتجفيفها لإزالة المذيب. لكن المادة الناتجة كانت أضعف من الرغوة البلاستيكية التقليدية ولم تكن عازلة مثل الستايروفوم. تتحلل منتجات السليلوز أيضًا في الظروف الحارة والرطبة.
أراد كل من Zhang و Ameli صنع شيء لا يعمل بشكل أفضل من الرغاوي البلاستيكية فحسب ، بل كان أيضًا أكثر صداقة للبيئة. على سبيل المثال ، يوضح أميلي ، "أردنا تجنب أي مذيبات ضارة أو باهظة الثمن."
"السليلوز قابل للذوبان في الماء ،" يلاحظ. ثم اختار فريقه المكونات الأخرى التي تذوب في الماء. الآن ، عندما أزالوا الماء من المحلول ، كان الفريق يأمل في الحصول على رغوة قوية من السليلوز.
الشرح:ما هي البوليمرات؟
أعد الباحثون وصفات مختلفة. كان بعضها مجرد مزيج من بلورات السليلوز النانوية والماء. للتمدد ، احتوت الوصفات الأخرى على بوليمر المعروف باسم كحول البولي فينيل. لا يزال البعض الآخر يستخدم كل هذه المكونات ، بالإضافة إلى حمض. ساعد هذا الحمض جزيئات السليلوز وكحول البولي فينيل على الترابط. يوضح أميلي أن هذه الروابط "تحافظ على مكونات المقياس النانوي معًا وتجعل المادة أقوى". ويضيف أن المواد الأقوى تخلق فقاعات أصغر داخل الرغوة ، والتي يجب أن تنتج رغوة عالية الجودة.
بعد ذلك ، سكب الباحثون كل مزيج في أنبوب وقاموا بتجميده لمدة ست ساعات. هذا أبقى البلورات النانوية في مكانها. بمجرد أن يصبح كل خليط جيدًا وصلبًا ، يتم تجفيفه بالتجميد. هذا أزال الماء ، تاركا وراءه الرغوة فقط.
قوة اللب
ثم قارن الفريق مدى جودة أداء كل رغوة. نظروا أيضًا إلى شريحة رقيقة من كل رغوة تحت مجهر إلكتروني الماسح لرؤية الجيوب الهوائية الصغيرة. كانت الفراغات الهوائية في رغوة السليلوز فقط كبيرة - أكثر من 0.2 ملليمتر (0.008 بوصة) عرضًا. تركت وصفة كحول البولي فينيل والحمض جيوبًا أصغر بكثير. كانت هذه الفقاعات أقل من النصف. كما تم توزيعها بالتساوي في الرغوة. هذا يشير إلى أن هذه الرغوة يجب أن تكون أقوى.
من المؤكد أنه عندما اختبر الباحثون الرغوات بوضع أوزان فوقها ، صمدت الرغوة الحمضية لضغط أكبر بكثير من رغاوي السليلوز فقط أو رغاوي السليلوز والكحول. لذلك يجب أن تعمل الرغوة الحمضية جيدًا للتعبئة.
أخيرًا ، اختبر الباحثون مدى جودة احتفاظ الرغوة بالحرارة بالداخل (أو بالخارج). مرة أخرى ، أثبتت الوصفة الحمضية أنها الفائز الواضح. حالت هذه الرغوة دون انتقال الحرارة من خلالها بشكل أفضل بكثير من الأنواع الأخرى التي صنعوها. كما أنه معزول بشكل أفضل من الستايروفوم. وهذا لأنه كان يحتوي على الكثير من الفقاعات الصغيرة ، كما تقول أميلي. "عندما تصبح الفقاعات أصغر وأصغر ، لا يمكن للهواء أن يتحرك بحرية داخل الفقاعة ، ولا يمكنه نقل الحرارة بهذه السرعة."
وصف الباحثون النتائج التي توصلوا إليها في عدد 15 أغسطس من البوليمرات الكربوهيدراتية .
لم يدرس الفريق بعد مدى جودة تحلل الرغوة في البيئة. لكن أميلي تتوقع أنه يجب أن يتحلل بسرعة.
حتى يتم اختبار قدرة الرغوة على التحلل ، يجب أن تبقى في المختبر ، كما تقول مونيكا فيريرا دا كوستا. تعمل عالمة محيطات في جامعة بيرنامبوكو الفيدرالية في البرازيل. يدرس دا كوستا التلوث البلاستيكي في محيطات العالم. وتجادل بأنه قبل إتاحة بدائل الرغوة البلاستيكية على نطاق واسع ، يحتاج الباحثون إلى التأكد من أنهم لن يخلقوا نوعًا جديدًا من التلوث.
يقول كوستا:"لا أعتقد أن أي منتج يجب أن يدخل السوق مرة أخرى" دون إجراء اختبار شامل أولاً. "ليست هناك حاجة لتكرار نفس الأخطاء مرارا وتكرارا."
هذه واحدة من سلسلة تقدم أخبارًا عن التكنولوجيا والابتكار ، والتي أصبحت ممكنة بفضل الدعم السخي من مؤسسة Lemelson.
