PHT – superkomputery IBM‑a pozwoliły odkryć tworzywo sztuczne o niespotykanych właściwościach

IBM Research zaskoczyło praktycznie wszystkich, obwieszczającodkrycie nowej klasy tworzyw sztucznych. Poliheksahydrotriazyny(PHT), bo taką nazwę otrzymały te bardzo ciekawe polimery, sądziełem szczęśliwego trafu, wspartego mocą superkomputerów,jakimi badacze IBM dysponują. Wprowadzenie PHT do przemysłowejprodukcji zapowiada rewolucję w inżynierii materiałowej, któradotknie nas wszystkich: polimery te są nie tylko lżejsze,wytrzymalsze i tańsze w produkcji, niż stosowane dziś tworzywatermoplastyczne, takie jak np. polietylen czy polichlorek winylu, aleteż są w stanie naprawiać swoje uszkodzenia strukturalne i nadająsię do recyklingu.

W tym wypadku przysłowie o szewcu, co bez butów chodzi nieznalazło zastosowania. IBM jest wiodącym na świecie producentemsuperkomputerów, a wiele z tych maszyn znajduje zastosowanie wlaboratoriach IBM Research, wspomagając prace badawcze w wieludziedzinach, niekoniecznie bliskich informatyce. Nie można zresztązaprzeczyć, że naukowcy pracujący w trzynastu laboratoriachbadawczych IBM mają zwykle do dyspozycji większą moc obliczeniową,niż ich koledzy z utrzymywanych z publicznych pieniędzy ośrodkównaukowych na świecie.

Odkrycie, o którym informuje zespół badaczy IBM w pracypt. Recyclable, Strong Thermosets and Organogels viaParaformaldehyde Condensation with Diamines, jest dziełemprzypadku. Szefowa zespołu badawczego, dr Jeanette Garcia, opowiada,że prace prowadzono nad zupełnie inną klasą znanych jużpolimerów. W pewnym jednak momencie roztwór w kolbie nagle stałsię ciałem stałym, tak że by się do niego dostać, kolbę trzebabyło rozbić młotkiem. Nowej substancji rozbić młotkiem sięjednak nie dało. Co więcej, nikt nie wiedział, co faktycznie sięstało i jak cały proces powtórzyć.

Chemicy organiczni IBM-a wezwali w tej sytuacji kolegów od chemiiobliczeniowej. Przeprowadzone na maszynie Power 775 (niemal 64 tys.rdzeni Power 7, z łączną mocą obliczeniową ok. 2000 Tflop/s,całość działa pod kontrolą Linuksa) symulacje chemicznychprocesów pozwoliły odtworzyć, co się stało, i dokładnie ocenić,co zostało uzyskane. Następnie zaś zaczęto poszukiwaćefektywnych przemysłowo metod jego recyklingu.

Nowy polimer PHT powstaje w wyniku reakcji międzyparaformaldehydem i 4,4'-oksydianiliną, związkami powszechniewykorzystywanymi w produkcji tworzyw sztucznych. Podobnie jak wwypadku innych tworzyw termoplastycznych, PHT charakteryzuje sięwysoką wytrzymałością i twardością, jego odporność cieplnajest jednak niższa o ok. 75°C – wiązania pękają już wtemperaturze 350°C.

Superkomputerowe symulacje pokazały jednak coś jeszcze –właściwości do tej pory niespotykane. Poliheksahydrotriazynypotraktowane silnym kwasem, np. siarkowym, rozkładają się doswoich substratów. Oznacza to, że tworzywa te można bez przeszkódpoddać efektywnemu recyklingowi. Powszechnie dziś używane tworzywatermoplastyczne kończą swoje życie na górach śmieci, jednakkonstrukcje z PHT, np. obudowy telefonów czy komputerów, będziemożna po prostu ponownie wykorzystać do produkcji nowych obudów.Drugą interesującą właściwością jest bardzo wysoki poziomsamoregeneracji uszkodzeń, co możecie zobaczyć na poniższymwideo:

Pani Garcia podsumowała to odkrycie następująco: *gdyby IBMmiał to 15 lat temu, zaoszczędzilibyśmy niewyobrażalne ilościpieniędzy. *Jako że PHT nie wymaga radykalnych zmian wstosowanych procesach produkcji tworzyw sztucznych na skalęprzemysłową, można się spodziewać, że teraz IBM zarobiniewyobrażalne ilości pieniędzy.