Subskrybuj nas na Youtube
Naukowcy z Uniwersytetu Śląskiego chcą przekonać przemysł, że – parafrazując popularne we współczesnej angielszczyźnie powiedzenie – „ciśnienie to nowa czerń”
Gotowanie to sztuka – zgodzi się z tym każdy. Trzeba dobrać odpowiednie składniki. Kontrolować warunki, w jakich zachodzi proces, m.in. temperaturę. Liczy się precyzja, bo niewielki błąd – np. za mało czy za dużo soli – często prowadzi do klapy. Podobnie jest w przypadku reakcji chemicznych przeprowadzanych na przemysłową skalę.
Przez lata udoskonalano je, majstrując przy przepisach – dodać czegoś więcej, czegoś mniej, użyć innej „wody”, podkręcić lub zmniejszyć temperaturę. Profesor Marian Paluch z Uniwersytetu Śląskiego (UŚ) wraz ze współpracownikami chcą wywrócić ten paradygmat do góry nogami. Ich zdaniem mieszanie chemiczną chochlą jest już passé. Lepiej podkręcić ciśnienie. – Wiele zespołów na całym świecie skupia się na doskonaleniu chemicznej zupy. Wciąż szukają np. nowych katalizatorów, czyli związków przyspieszających reakcje. My chcemy to wszystko uprościć. Zamiast katalizatorów korzystamy z ciśnienia – tłumaczy prof. Kamil Kamiński z UŚ.
O jakich reakcjach mowa? Przede wszystkim takich, w których powstają polimery. Są wszędzie wokół nas, chociaż kojarzymy je raczej jako „tworzywa sztuczne” (do tej klasy zalicza się np. PET, z którego robi się butelki do napojów). Nazwa bierze się stąd, że ich cząsteczki wyglądają jak długie łańcuchy powtarzających się klocków. Klocki nie połączą się jednak w łańcuch same; trzeba je do tego zmusić. Do tego potrzebna jest zupa. – Od tysięcy lat wiadomo, że wystarczy przykryć garnek czy kociołek i gotowanie zachodzi znacznie szybciej. To jest sedno naszej propozycji: szybkowar – tłumaczy dr inż. Andrzej Dzienia z UŚ.
Naukowcy – którzy sami siebie określają jako „jeden z najlepszych na świecie zespołów zajmujących się wysokimi ciśnieniami” – przetestowali to podejście w przypadku kilku polimerów. Jednym z nich jest PVP, którego pełna nazwa – poliwinylopirolidon – kojarzy się z rodzinną planetą superbohatera z komiksowego uniwersum Marvela. PVP nie jest może przeciętnemu zjadaczowi chleba znany jak PET, co nie zmienia faktu, że równie łatwo się z nim zetknąć: wykorzystuje się go jako wypełniacz do tabletek, a nawet dodatek spożywczy (to E1201).
Od 80 lat PVP otrzymuje się w zupie. Jej składnikami są oczywiście klocki, które trzeba połączyć (monomery). Do tego potrzebny jest rozpuszczalnik (kuchennym odpowiednikiem będzie woda), inicjator (związek, który uruchomi reakcję), katalizator (coś, co znacząco ją przyspieszy, najczęściej związki bazujące na metalach), a także dodatkowe reagenty, dzięki którym zupa utrzymuje właściwą kwasowość (odpowiednikiem w kuchni będzie sól) – jeśli zakwasi się za bardzo, reakcja ustanie. – My nie potrzebujemy ani rozpuszczalnika, ani katalizatora, ani części reagentów. Wystarczą same monomery, inicjator oraz odpowiednie ciśnienie – tłumaczy dr inż. Paulina Maksym. – To oznacza również, że nasz produkt jest ultraczysty. Jedyne, co musimy odławiać z zupy, to nieprzereagowany monomer, co znacznie ułatwia gotowanie – dodaje badaczka.
O jakich ciśnieniach mówimy? Mniej więcej rzędu panujących na dnie najgłębszego oceanicznego Rowu Mariańskiego, czyli tysiąc razy większych niż te, z którymi mamy do czynienia na co dzień. Ta skala to i tak niewiele w stosunku do ciśnień, które naukowcom udaje się uzyskać w specjalnie zaprojektowanych eksperymentach (jeśli pod koniec ubiegłego roku czytaliście informacje o nadprzewodnictwie w temperaturze pokojowej, to udało się je uzyskać właśnie dzięki ekstremalnemu ciśnieniu).
Skąd pomysł na szybkowar do polimeryzacji (łączenia klocków w łańcuch)? To proste, tłumaczą badacze: znanym nauce faktem było to, że ciśnienie wpływa na szybkość, z jaką zachodzą poszczególne etapy tej reakcji – może więc działać jak katalizator. Otwarte jednak było pytanie, czy wystarczy się do tego katalizatora ograniczyć. Na drodze stał, jak to określają sami badacze, swego rodzaju naukowy konserwatyzm. – Chemikom intuicja podpowiada, że jeśli coś nie zachodzi wystarczająco szybko, to trzeba do zupy dodać inne składniki. My działamy na pograniczu chemii i fizyki. Naturalne dla nas było więc sięgnąć po coś, co oferuje ta druga dziedzina, a oferuje ona najprostsze rozwiązania, a więc ciśnienie – wyjaśnia prof. Kamiński. Prostota w opinii badaczy jest tym, co daje ich wynalazkowi największe szanse na komercjalizację (już otrzymali za swoje odkrycie medale na targach wynalazców).
W ten sposób okazuje się, że rację mieli satyrycy z norweskiej grupy Ylvis (znani z hitu „What does the fox say”), kiedy w piosence „Pressure” śpiewali: „Czy negocjujesz pokój na Bliskim Wschodzie? Czy chcesz wycisnąć mydło z pojemnika? Musisz odpowiednio nacisnąć. Musisz odpowiednio nacisnąć!”.
Eureka! DGP
Trwa ósma edycja konkursu „Eureka! DGP – odkrywamy polskie wynalazki”, do którego zaprosiliśmy polskie uczelnie, instytuty badawcze i jednostki naukowe PAN. Do 18 czerwca w Magazynie DGP będziemy opisywać wynalazki nominowane przez naszą redakcję do nagrody głównej. Rozstrzygnięcie konkursu nastąpi na specjalnej gali 23 czerwca, zaś podsumowanie tegorocznego cyklu ukaże się 25 czerwca w Magazynie DGP. Główną nagrodą jest 30 tys. zł dla zespołu, który pracował nad zwycięskim wynalazkiem, ufundowane przez Mecenasa Polskiej Nauki – firmę Polpharma, oraz kampania promocyjna dla uczelni lub instytutu o wartości 50 tys. zł w mediach INFOR Biznes (wydawcy Dziennika Gazety Prawnej), ufundowana przez organizatora
