Zázračná guma

Asfaltéři nemají právě záviděníhodné pracovní prostředí. Je to i proto, že musejí pracovat s materiálem rozehřátým na 180 °C. Asfalt, na kterém pracují francouzští vědci, se bude díky novému složení snadněji pokládat, bude potřebovat pouze 140 °C a navíc bude daleko odolnější, déle vydrží. Tavitelná lepidla rostlinného původu nebo plastické hmoty, které budou vzdorovat mechanickému a chemickému poškození, to jsou další příklady nového chemického konceptu - supramolekulární chemie.

Tradiční molekulární chemie se více než dvě století snaží přeměňovat hmotu vázáním jejích atomů. Supramolekulární chemie konstruuje komplexní stavby molekul s vratnými strukturami. Stejné principy najdeme i v biologických systémech, např. u DNA. Díky supramolekulární chemii lze vytvořit materiály s naprosto neočekávanými vlastnostmi.

Francouzská škola
Guma, která se sama spojí, je výsledkem práce prof. Ludwika Leiblera a Franc 'oise Tournilhaca z Vysoké školy fyzikálně a chemicko-technologické z Paříže, z Laboratoře chemie měkkých materiálů.
Jde o jednu ze špičkových světových vysokých škol, která se může chlubit, že na ní vyučovalo ne méně než 5 nositelů Nobelovy ceny (Pierre a Marie Curieovi, Frederique Joliot-Curie, Georges Charpac a Pierre-Gilles de Gennes). Asistentem jednoho z nich, profesora de Gennes, byl i Ludwik Leibler. Ve své laboratoři se zabývá především gumou.

Hra s molekulami
Guma je měkký materiál, schopný zvládnout deformaci od 100 do 500 % a po deformování se zase vrátit do původní podoby. Tato vlastnost je důsledkem makromolekulárních sítí, tvořených dlouhými molekulami, které jsou mezi sebou pevně spojeny. Molekuly se mohou spojit vodíkovými vazbami a vytvořit supramolekulární síť, pak ale nesnášejí deformace. Realizovat syntézu molekul, zajistit vzájemnou slučitelnost a vyloučit možný rozpad, to už byl docela pěkný hlavolam.

Výzkumníci se pokusili smíchat malé molekuly mastných kyselin s dvojnými a trojnými vazbami s molekulami obsahujícími heteroatomové skupiny (škrob, močovina, N-carbamyl, imidazolidon), mezi kterými se mohou navzájem vytvářet vodíkové vazby. Dali tomuto řešení přednost před materiálem vytvořeným z jednoho typu molekuly, která by mohla mít tendenci vytvořit krystalickou strukturu. Podařilo se. Při běžné teplotě vytvořený materiál se chová jako guma. Když se zahřeje na 130-150 °C, rozteče se a může být zformován. Oběma badatelům se navíc vše podařilo vytvořit pouze s pomocí docela jednoduchých prostředků. Použili mastné kyseliny rostlinného původu (slunečnice, kukuřice, řepka a jehličnany), jichž je dostatek, a nejsou toxické.

Věda plná překvapení

Jak už tomu při výzkumech bývá, vědci u materiálu objevili i vlastnost, kterou vůbec nehledali. A která se jim zdála naprosto neuvěřitelná. Hmota se sama opravila! Přestože tento supramolekulární materiál není adhesivní (lepivý), Leibler s Tournilhacem konstatovali, že po přeříznutí se plochy znovu spojí. Stačí je pouze přiložit k sobě, aniž by bylo nutné je třeba zahřát nebo vyvinout nějaký tlak. Navíc i několik hodin po poškození. Znovu spojená hmota je schopna tolerovat výrazné deformace, od 100 do 400 %, než se znovu roztrhne. Celá procedura se může opakovat několikrát za sebou.

Není divu, že o výzkum se ihned začala zajímat společnost Arkema, jeden z velkých nadnárodních koncernů. Arkema, světová jednička v aplikaci supramolekulární chemie v průmyslovém použití, si podobnou příležitost nenechala ujít. Koncern má šest výzkumných pracovišť v USA, Japonsku a ve Francii. Jeho francouzská laboratoř navázala spolupráci s Laboratoří chemie měkkých materiálů a zahájila aplikační výzkum. Uplatnění vynálezu je nesmírně široké - od stavebnictví až po špičkové technologie a vesmírný výzkum.

Práce Ludwika Leiblera a Francoise Tournilhaca v oblasti supramolekulární chemie ukazují cestu, jak se základní výzkum může spojit s výzkumem průmyslovým. "Supramolekulární chemie je připravena vstoupit do každodenního života," říká Christian Collette, ředitel výzkumu a vývoje společnosti Arkema. "Přinese výrazné výhody pro aplikace v běžném životě." Celá řada věcí, která se rozbije nebo praskne, bude moci být znovu použita, protože se znovu spojí.

AUTOR: Aleš Bluma