Artikkeli on julkaistu Yliopisto-lehdessä 8/2022.
Polymeerikemian tutkija Sami Hietala nostaa pöydälle näytepurkin, jonka pohjalla on ketsuppia. Vaikka purkin kääntää ylösalaisin, ketsuppi pysyy yhä kiinni pohjassa. Vasta ravistelun jälkeen se alkaa hitaasti valua ylhäältä alaspäin.
— Ketsuppi-ilmiö, Hietala nimeää.
Ollaan reologian äärellä. Aineen levossa muodostunut rakenne estää sitä virtaamasta. Ravistelu hajottaa rakenteen, jolloin aine alkaa virrata. Elintarvikkeen tuoteselosteesta löytyykin ehkä merkintä sakeuttamisaineesta, jonka avulla virtausvastusta eli viskositeettia on säädetty.
Valmistajat muokkaavat myös shampoon tai kosmeettisten voiteiden koostumusta, jotta saisivat ne käyttäytymään reologisesti halutulla tavalla. Aineita täytyy voida valmistaa helposti ja niiden käytön on oltava kuluttajalle mukavaa.
Reologi tuntee nesteiden virtauksen, mutta tutkii myös kiinteiden aineiden ominaisuuksia, kuten elastisuutta, lujuutta ja venyvyyttä.
— Useimmissa materiaaleissa havaitaan samanaikaisesti sekä kiinteän aineen että nesteen ominaisuuksia. Tällöin niitä sanotaan viskoelastisiksi.
Maaleista ja muoveista lääkekuljettimiin
Reologiaa tarvitaan vaikkapa muovien, maalien ja voiteluöljyjen valmistuksessa. Sulana muovin täytyy virrata helposti, kovettuessaan sen on saavutettava tavoiteltu lujuus.
Maalin pitää säilyä purkissa tasalaatuisena eikä se saa valua kuivuessaan. Auton voiteluöljyn taas täytyy toimia sekä kylmässä että kuumassa moottorissa.
Tuotteiden reologiset ominaisuudet voidaan säätää sopiviksi synteettisillä polymeereillä ja polymeeriketjujen koostumusta, pituutta ja määrää muuttamalla sekä erilaisilla lisäaineilla.
Hietala on tutkinut enimmäkseen veteen liukenevia tai dispergoituvia polymeereja, joiden liuosten ominaisuudet muuttuvat äkillisesti vaikkapa lämpötilan muuttuessa.
— Lämpötila vaikuttaa seoksen juoksevuuteen ja siitä voidaan muodostaa geelimäinen tai virtaava jopa muutaman asteen muutoksella, Hietala kertoo.
Seokseen voidaan samalla sitoa haluttuja aineita tai vapauttaa niitä. Polymeerien mahdollisuuksia tutkitaankin muun muassa lääkeaineiden kuljettajina elimistöön.
Uusia pakkauksia?
Pyrkimys kiertotalouteen ja fossiilisista raaka-aineista luopumiseen on lisännyt kiinnostusta luonnonpolymeereihin. Niitä ovat selluloosa, hemiselluloosa, ligniini, agaroosi ja kitiini.
Luonnonpolymeerituotteiden kehitystyössä kemisti kohtaa erilaisia haasteita. Luonnonmateriaalit ovat monesti vesiliukoisia, ja pakkausmateriaaleina ne imevät itseensä vettä tai läpäisevät kaasuja. Joissakin suhteissa öljylähtöiset materiaalit ovat vahvoilla.
— Muovipakkaus säilyttää esimerkiksi lihan tuoreena pitkään. Nopea siirtymä pelkkien luonnonpolymeerien käyttöön ei ole mahdollinen, Hietala arvioi.
Tutkijat kuitenkin kokeilevat kaiken aikaa uusia biopohjaisia ja biohajoavia polymeereja.
Dosentti Sami Hietala sai syyskuussa Pohjoismaisen reologiaseuran Carl Klason -palkinnon.
Yliopisto-lehti on Helsingin yliopiston tiedeaikakauslehti, joka on sitoutunut Journalistin ohjeisiin.