Living in a material world

Мы живем в эпоху стремительного развития технологий, и, пожалуй, одним из самых захватывающих направлений этого развития является создание новых материалов. Инновационные материалы обещают изменить ландшафт производства, открыть непредсказуемые возможности для различных отраслей, включая индустрию канцтоваров, офисных товаров и игрушек. Давайте заглянем одним глазком в будущее и поговорим о некоторых революционных материалах, которые уже на пороге массового применения. 

Источники:
https://trends.rbc.ru/trends/green/620f77449a79477610523474, https://rb.ru/list/11-new-materials/, https://www.litoplast.by/blog/10-materialov-budushhego-obzor-neveroyatnyh-tehnologij/, https://www.securitylab.ru/analytics/554019.php, https://hi-tech.mail.ru/review/107860-chto-takoe-aerogel-i-gde-primenyaetsya/, https://metrtkani.ru/blogs/blog/tkani-buduschego-kakie-innovatsii-ozhidayut-nas, https://www.retail.ru/tovar_na_polku/tekstilnye-tekhnologii-novogo-pokoleniya-kak-izmenitsya-nasha-odezhda-k-2030-godu/

Биопластик

Это полимер, полученный из возобновляемых ресурсов – например, кукурузного крахмала, соломы, щепы, сахарного тростника, переработанных пищевых отходов, побочных сельскохозяйственных продуктов, целлюлозы и даже из белка – казеина или глютена. Он бывает биоразлагаемым, то есть разлагается в специальных условиях под действием микроорганизмов, и компостируемым – разложение происходит в естественных условиях (компостных ямах). Биополимер может быть прозрачным, гибким, прочным, а некоторые виды биопластика даже обладают антибактериальными свойствами. Главное преимущество материала, конечно, в экологичности: его применение гарантирует снижение отходов и возможность создания продуктов с меньшим углеродным следом.

Биопластик обладает привлекательным потенциалом для канцелярской отрасли, поскольку из него можно изготавливать широкий ассортимент канцелярских и офисных товаров – биоразлагаемые ручки, карандаши, линейки, папки, файлы, обложки для книг и тетрадей, контейнеры для мусора, держатели для ручек, корпусы для органайзеров, подставки для бумаги и т. п. А еще – упаковку. Около 40 % производимого сейчас пластика приходится на упаковку, 95 % пластиковой упаковки выбрасывается после одного использования. Выводы плачевны. Однако биополимеры со свойствами пластика, но изготовленные из природных материалов, – это наши новые супергерои, которым уготована миссия спасти планету.

Самовосстанавливающиеся полимеры

Невероятно, но эти материалы перекочевали из sci-fi-вселенной в реальный мир – они способны самостоятельно восстанавливать повреждения, допустим, царапины или трещины. По сути, это пластик-«терминатор»: функция «заживления ран» активируется при нагревании или под действием света благодаря содержащимся в нем микрокапсулам. Микрокапсулы открываются и из них высвобождается вещество, заполняющее полость (например, эпоксидная смола и катализатор). В результате происходит полимеризация и затвердение материала. Практическая польза таких лекарей неоспорима: они значительно продлевают срок службы изделий и, как следствие, снижают количество отходов.

В полиграфической и канцелярской отраслях эти полимеры могут применяться в производстве обложек для книг, тетрадей и дневников, настольных игр с фишками и картами, чертежных инструментов, игрушек и конструкторов, офисной мебели и пр. Долгоиграющие вещи не друзья маркетологов, но определенным товарным категориям «вечность» все-таки к лицу.

Графен 

Графен – одноатомный слой углерода, организованный в гексагональную решетку. Формулировка, которая большинству из нас ни о чем не говорит. Если проще – это ультратонкий материал в виде пчелиных сот. Вообще-то графен был открыт в 2004 году учеными Андреем Геймом и Константином Новоселовым в Манчестерском университете. В 2010 году за свои разработки они получили Нобелевскую премию по физике. С тех пор и до нынешнего момента изучение графена не останавливается ни на минуту.

Графен действительно уникален по всем фронтам, что делает его «самым-самым» материалом из известных человеку. Вот главные его свойства:

– прочность – графен в 200 раз прочнее стали при сопоставимой толщине;

– гибкость – графен может растягиваться на 20 % от своей первоначальной длины без повреждений;

– электропроводность – электроны в графене движутся почти без сопротивления, как в вакууме, что делает графен беспрецедентно идеальным материалом для создания высокочастотных транзисторов и других электронных компонентов;

– теплопроводность – материал может передавать тепло быстро и эффективно (в 10 раз лучше меди);

– прозрачность – графен поглощает 2,3 % падающего света, поэтому практически прозрачен. 

Естественно, графен уже используется, хоть и не массово, в сфере электроники, энергетики, медицины, для создания защитных материалов и совершенствования экологических технологий и др. Интересное применение графен находит в производстве одежды – благодаря способности проводить электричество и тепло, он становится компонентом «умных» тканей, которые могут регулировать температуру тела или заряжать мобильные устройства.

Использование графена в индустрии канцтоваров, офисных товаров и игрушек имеет гигантские перспективы, особенно в части производства предметов со встроенными цифровыми функциями. Например, из графена можно делать сенсорные дисплеи для ежедневников, интерактивные раскраски, токопроводящие чернила для «умных» блокнотов и так далее. Уже существует, но пока мало применяется графеновая бумага – это обычная бумага, покрытая нанослоем графена. Она проводит ток, при этом устойчива к влаге и почти не рвется. Изделия из нее можно мять, мочить, бросать, и они останутся целыми.

Аэрогель

Это общее название для группы веществ – ультралегких синтетических пористых материалов, в которых жидкий компонент заменен газом. Аэрогель практически на 99 % состоит из воздуха, одновременно с этим он обладает рекордной тепло- и звукоизоляцией, устойчивостью к огню и высокой прочностью. Почти невесомый прозрачный титан, который, как Атлант, может держать небосвод. На ощупь аэрогели напоминают легкую осязаемую пену, похожую на пенопласт. В интернете легко наткнуться вот на такую картинку:

Кусок аэрогеля массой 2,4 г держит кирпич весом 2,5 кг. Подлинность фото мы подтвердить не можем, хотя различные испытания аэрогеля доказали, что этот материал способен выдержать нагрузку в 2 000 раз больше собственного веса. Звучит грандиозно, но есть нюанс: теоретически аэрогель является твердым веществом, но фактически это воздух, показатели плотности у аэрогелей варьируются от 0,0011 до 0,5 г/см³, а это значит, что создать давление, превышающее вес материала в 2 000 раз, – раз плюнуть.

Аэрогель, кстати, не новое изобретение: его «отцом» считается американский химик Стивен Кистлер, который получил вещество опытным путем еще в начале 1930-х. Первые изделия из аэрогеля представляли собой загустители для красок и макияжа. Аэрогель даже пытались использовать в сигаретных фильтрах и в качестве изоляции морозильных камер, но затем производство сошло на нет. В то время ни люди, ни технологии просто не были готовы к такому инновационному материалу. Сегодня аэрогели переживают второе рождение: они используются в строительстве, космической отрасли, энергетике, медицине, легкой промышленности – для пошива одежды, например. Прототипом всех современных видов аэрогелей служит известный всем силикагель, поглотитель влаги.

Не в чистом виде, а в комбинации с полимерами для создания ультралегких композитов, аэрогель может применяться в индустрии канцтоваров, офисных принадлежностей и игрушек. К примеру, в производстве термоизолирующих подставок под технику и ковриков для мыши, незамерзающих ручек, акустических панелей для офиса, но ярче всего потенциал аэрогеля раскроется в развивающей и игровой продукции. Суперлегкие, но прочные модели зданий, самолетов, планет, плавающие на воде игрушки или настольные глобусы способны вызвать фурор у аудитории, ведь сам по себе аэрогель, это странное воздушно-желеобразное вещество, является интерактивным вау-товаром, который захочется купить.

«Умный» текстиль

Раньше прогресс в текстильной промышленности был связан с работой над улучшением свойств известных материалов. Сейчас – с созданием новых тканей, которые сами могут менять свойства под воздействием окружающей среды, сообщать информацию своему владельцу и адаптироваться к его потребностям. Инновации постепенно переходят из лабораторий в массовое производство, меняя облик привычных нам вещей. Это, к примеру, самовосстанавливающиеся и самоочищающиеся ткани, ткани с интегрированной электроникой, аэрозольная одежда, терморегулирующие покрытия, биолюминесцентные ткани, конечно же, различные виды экоматериалов из вторсырья и органических веществ. Но мы остановимся на тканях-хамелеонах, способных менять цвет. Вот уж что действительно перспективно для индустрии школьного текстиля!

Изменение цвета происходит благодаря встроенным в ткань микроскопическим капсулам, содержащим специальные пигменты. Фотохромные пигменты реагируют на ультрафиолетовые лучи, термохромные – на колебания температуры. Существуют и пьезохромные ткани, которые меняют оттенок под воздействием давления, при этом изменение в месте сжатия или растяжения может быть как обратимым, так и необратимым. Мы все чаще видим потрясающие примеры такой одежды – не только на подиумах, но и в ассортименте известных брендов (помните кроссовки Nike Air Force 1 Lx Uv Reactive Low?), в спортивной экипировке, линейках медицинских товаров. Когда же магический текстиль начнут использовать в пошиве рюкзаков и пеналов? Возможно, скорее, чем мы ожидаем.

Мир материаловедения переживает настоящий бум, который выходит далеко за рамки традиционных полимеров. Похоже, мы стоим на пороге очередной революции – материал сам становится продуктом, опытом и сообщением. Пока многие полимеры с фантастическими свойствами угрожают сохранности бюджетов компаний, исследования и разработки продолжаются, есть сложности с масштабированием производства, однако, как это обычно бывает, все новое закономерно перетечет в категорию доступного и выйдет в массы – с фурором или без. Брендам остается ждать и/или готовиться, главное – не засиживаться, ведь прыть конкурентов может оказаться сильнее.