Najstariji umjetni, plastični materijali su bili celulozni materijali. Čudno – i nije. Celuloza je najrasprostranjeniji prirodni polimer, jer je nalazimo u svakoj biljci. Od celuloze se izrađuje tkanina (pamuk, lan, umjetna svila), od celuloze se pravi papir, od celuloze se može izrađivati (i izrađivao se) kućni namještaj. Dovoljno je naime usitniti i namočiti papir, pa onda dobivenoj kaši dodati vezivo (škrobno ljepilo ili vodeno staklo) da se dobije materijal tvrd i čvrst poput drva (koje je opet prirodni kompozit celuloze i lignina). Ne samo to. Prvi umjetni polimeri i nisu bili umjetni, nego poluprirodni. Kemičari naime još nisu ovladali umijećem polimerizacije, nisu znali sintetizirati polimere iz monomera (a nisu imali ni pravu predodžbu o građi divovskih molekula, makromolekula), nego su samo znali kemijski modificirati polimere iz prirode, prije svega celulozu. Iz polimernog lanca celuloze vire naime hidroksilne skupine (-OH) za koje se mogu vezati kiselinski ostaci. Riječ je, jednostavno rečeno, o reakcijama esterifikacije, nastanku estera reakcijom kiseline i alkohola – jer je celuloza, gledajući na najnižoj razini kemijske strukture, polivalentni alkohol.
Najpoznatiji ester celuloze je njezin nitrat, poznat po kemijski ne potpuno ispravnom imenu nitroceluloza. Od nitroceluloze se pravi bezdimni barut, a ako se celuloza slabije nitrira (tj. ne reagira li dušična kiselina sa svim hidroksilnim skupinama celuloze) dobivao se materijal za izradu filmskih vrpci. Takve su vrpce bile, razumije se, vrlo zapaljive pa doživljaj požara u kinu nije morao biti samo fiktivan. Još je gore prošao neki gospodin koji si je dao napraviti zube od nitroceluloze: sve je bilo dobro dok nije zapalio cigaru…
Ta su vremena srećom iza nas. Polietilen, polipropilen, polivinil, poliamidi, poliesteri, najlon i perlon postale su riječi svakodnevnog govora. Čemu se mučiti s celulozom, kad možemo raditi mnogo bolje polimere iz nafte i zemnog plina? No nije baš tako. Danas kemičar ne misli samo na kvalitetu polimera nego i na njegovo zbrinjavanje nakon upotrebe. Najbolji način zbrinjavanja je dakako biorazgradnja – a u tome, u biorazgradnji, celulozi nema premca.
I evo jednog novog biorazgradivog polimera na bazi celuloze. Napravili su ga kineski znanstvenici. O njemu pišu u časopisu Molecules pod naslovom „Flexible and gas-resistant films based on cellulose nanofiber and poly(butylene adipate-co-terephthalate)“. Za razliku od nitroceluloze, novi se polimerni materijal ne temelji na kemijskoj modifikaciji celuloze nego, da pravo kažemo, o miješanju dvaju polimera, celuloze u obliku nanovlakana (nanocellulose nanofiber, CNF) i poli(butilen-adipat-co-tereftalata), PBAT. Molekule dvaju polimera drže se vodikovim vezama, dakle vezama koje su mnogo puta slabije od kemijskih, kovalentnih veza.
Naoko je sve jednostavno jer treba samo pomiješati dva polimera – ne zahtijeva se pokretanje nikakve kemijske reakcije. No vrag je u detalju. Da bi se priredio novi polimerni materijal treba tri puta zamijeniti vodu s nevodenim otapalom, dimetilsulfoksidom (DMSO), dobro miješati i na kraju sušiti da bi se dobile folije koje sadrže 10 do 40 % umjetnog polimera (PBAT).
O udjelu umjetnog polimera ovisi hrapavost površine. Folija od čiste nanoceluloze je dakako hrapava i zbog toga, jer sadrži mikroskopske pore, lako propušta zrak. No dodatnom umjetnog polimera hrapavost se postepeno smanjuje, a s njom i propusnost folije na zrak i druge plinove. Rezultat? Folija s najvećim udjelom umjetnog polimera, CNF-PFAT-40, propušta zrak 3,6 puta teže od čiste nanoceluloze. Ta, najbolja kombinacija ima i vrlo povoljna mehanička svojstva. Prekidna još čvrstoća iznosi 49,6 MPa, što je sedam puta više od prekidne čvrstoće čiste nanoceluloze. Usto je rastezljiva, pa puca tek kad poveća dužinu za 7,8 %. Tome dodajmo da dobro podnosi visoku temperaturu; počinje se naime raspadati tek pri 255 oC. Gotovo idealan materijal – za što?
Namjena novog materijala je izrada folije za pakiranje hrane: folija mora biti što nepropusnija za plinove da se hrana ne bi sušila. Iako su oba polimera biorazgradiva, PBAT se ipak dobiva iz fosilnih, dakle neobnovljivih sirovina. Za sada.
Nenad Raos je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, sada u mirovini. Autor je i koautor stotinjak znanstvenih i stručnih radova iz područja bioanorganske i teorijske kemije, molekularnog modeliranja te povijesti kemije i komunikacijskih vještina u znanosti. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Sada piše za Čovjek i svemir, mrežne stranice Panopticum, te – naravno – Bug online. Sedam je godina bio glavni i tehnički urednik časopisa Priroda. Koautor je dva sveučilišna udžbenika i autor 16 znanstveno-popularnih knjiga. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.
[post_publish_update_datetime]
