Mηχανικοί από το πανεπιστήμιο του Οχάϊο έχουν βρει έναν τρόπο ώστε να παρασκευάσουν πυκνό πλαστικό αφρό, που ίσως να αντικαταστήσει το στερεό πλαστικό στο μέλλον. Επιπλέον έχουν αναπτύξει καινοτόμες τεχνικές, για να περιοριστεί η χρήση των χλωροφθορανθράκων στην παραγωγή αφρού
Mηχανικοί από το πανεπιστήμιο του Οχάϊο έχουν βρει έναν τρόπο ώστε να παρασκευάσουν πυκνό πλαστικό αφρό, που ίσως να αντικαταστήσει το στερεό πλαστικό στο μέλλον. Επιπλέον έχουν αναπτύξει καινοτόμες τεχνικές, για να περιοριστεί η χρήση των χλωροφθορανθράκων (CFCs) στην παραγωγή αφρού. Ο καθηγητής εφαρμοσμένης Χημείας του πανεπιστήμιου του Οχάϊο, L. James Lee, παρουσίασε τη σχετική έρευνα στο ετήσιο συμπόσιο της Ερευνητικής Ένωσης Υλικών (Materials Research Society), που πραγματοποιήθηκε στο Σαν Φρανσίσκο. Ο καθηγητής και οι συνεργάτες του παρουσίασαν ένα πυκνό νέο υλικό αφρού που ενισχύθηκε με μικροσκοπικά μόρια αργίλου. Ανέφεραν επίσης ότι κατάφεραν με επιτυχία να αντικαταστήσουν τους CFCs στον πλαστικό αφρό, με το διοξείδιο του άνθρακα. Το πρώτο μέρος της παρουσίασης του Lee αφορούσε τα νανοϋλικά, δηλαδή υλικά που περιέχουν μόρια πρόσθετων ουσιών μεγέθους μερικών νανόμετρων, ή δισεκατομμύριοστών του μέτρου. Τα νανοϋλικά έχουν προσελκύσει πρόσφατα την προσοχή των αυτοκινητοβιομηχανιών, όπου οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν τις πρόσθετες αυτές ουσίες, όπως ο άργιλος για να παρασκευάσουν ελαφρύτερα πλαστικά μέρη.
Ο πλαστικός αφρός θα μπορούσε να είναι ελαφρύτερος από τα νανοϋλικά που παρασκευάζονται από στερεά πλαστικά. "Πολλοί επιστήμονες ενδιαφέρονται για τα νανοϋλικά και πολλοί άλλοι για την παραγωγή ισχυρών πλαστικών αφρών" λέει ο Lee. "Σκεφτήκαμε πως εάν ενώσουμε αυτές τις δύο προσεγγίσεις, θα είμαστε σε θέση τουλάχιστον να δώσουμε στους κατασκευαστές περισσότερη ευελιξία, όσον αφορά τον σχεδιασμό και την παραγωγή προϊόντων αφρού." Οι συνάδελφοι του Lee σε αυτό το πρόγραμμα είναι ο David Tomasko και ο Kurt Keolling, αναπληρωτές καθηγητές της εφαρμοσμένης Χημείας, στο πανεπιστήμιο του Οχάϊο καθώς και οι διδακτορικοί φοιτητές Changchun Zeng και Xiangmin Han. Διαθέτοντας πείρα στην θερμοδυναμική και την επεξεργασία των πολυμερών, οι επιστήμονες κατόρθωσαν να γεφυρώσουν το χάσμα μεταξύ των νανοϋλικών και των αφρών. Στόχος είναι να δημιουργηθεί πλαστικός αφρός, αρκετά ισχυρός ώστε να αντικαταστήσει το στερεό πλαστικό σε διάφορες εφαρμογές, όπως τα τμήματα των αυτοκινήτων ή των αεροπλάνων. Τα προϊόντα αφρού είναι ελαφρύτερα από τα στερεά πλαστικά, αλλά στο μάτι, φαίνονται τα ίδια.
Η εμπορική χρήση αυτής της τεχνολογίας είναι τεράστια, καθώς ο πλαστικός αφρός αγγίζει κάθε πτυχή της σύγχρονης ζωής, λέει ο Lee. Τα πιο χαρακτηριστικά προϊόντα είναι καθίσματα, οικιακά μονωτικά, πάνες μίας χρήσης, κιβώτια για τη μεταφορά τροφίμων, φλυτζάνια καφέ, υλικό συσκευασίας. Αυτά τα διαφορετικά προϊόντα όλα δημιουργούνται με τον ίδιο τρόπο. Οι κατασκευαστές εγχέουν τα αέρια, ειδικότερα τους χλωροφθοράνθρακες (CFCs), σε ζεστό υγρό πλαστικό. Το αέριο δημιουργεί φυσαλίδες για να διογκωθεί το μίγμα, το οποίο στη συνέχεια στερεοποιείται μέσα σε μία φόρμα. "Όταν οι φυσαλίδες του αερίου είναι μικρές και διαδίδονται ομοιόμορφα μέσα στο υλικό, ο αφρός είναι ανθεκτικότερος και πυκνότερος", λέει ο Lee. "Διαπιστώσαμε πως εάν προσθέσουμε μόρια, της τάξεως των νανομέτρων, αργίλου μέσα στο υγρό πλαστικό μπορεί να αυξηθεί η πυκνότητα του αφρού. Οι μικρές φυσαλίδες τείνουν να σχηματιστούν γύρω από τα νανομόρια και να προσκολληθούν σε αυτά".
Ενώ οι περισσότεροι αφροί πλαστικού που χρησιμοποιούνται σαν δομικά υλικά, περιέχουν φυσαλίδες της τάξεως εκατοντάδων μικρόμετρων, οι φυσαλίδες στον αφρό του Lee έχουν διαστάσεις περίπου 5 μικρόμετρα. Με την χρησιμοποίηση αφρού που περιέχει 5% μόρια αργίλου, οι μηχανικοί είναι σε θέση να δημιουργήσουν κατασκευές που είναι εξίσου ανθεκτικές αλλά κατά 1/3 μικρότερες από τον κλασικό αφρό. Ο Lee έχει υποβάλει αίτηση χορήγησης διπλώματος ευρεσιτεχνίας για την συγκεκριμένη τεχνολογία και μία βιομηχανία έχει εκφράσει ενδιαφέρον για μαζικότερη παραγωγή του αφρού.
Άλλες προσπάθειες για να απομακρυνθεί τα CFCs από τον πλαστικό αφρό έχουν αποτύχει, λέει ο Lee. "Το διοξείδιο του άνθρακα είναι λιγότερο επιβλαβές για το περιβάλλον, δεν είναι όμως το καλύτερο συστατικό για την παραγωγή του αφρού ". Οι μηχανικοί του Οχάϊο βρήκαν ότι μπορούν να παράγουν υψηλής ποιότητας αφρό, εάν θερμάνουν το διοξείδιο του άνθρακα υπό πίεση, έως ότου παραχθεί ένα υγρό ιδιαίτερης μορφής (supercritical fluid). Τέτοια υγρά συμπεριφέρονται άλλοτε ως υγρά αλλά και ως αέρια. Ο Lee, λέει "τέτοιες θερμοκρασίες και πιέσεις είναι εύκολο να προσεγγιστούν στη βιομηχανία. Οι κατασκευαστές δεν πρέπει ακόμη να αλλάξουν τον υπάρχοντα εξοπλισμό τους για την παραγωγή αφρού. Επιπλέον το διοξείδιο του άνθρακα είναι πολύ φθηνό".
Η έρευνα χρηματοδοτείται από το National Science Foundation και ενδιαφερόμενες βιομηχανίες.