Информационный портал Калининграда

Российские химики разобрались в «настройках» короля пластмасс – полипропилена

Дата публикации: 12 января 2018 08:55
Автор: Евгений Осипов

Российские химики разобрались в

Коллектив учёных, в том числе из Института синтетических полимерных материалов РАН и Московского физико-технического института, выяснил, как "правильность" молекул полипропилена и способ обработки влияют на механические свойства конечного изделия. С помощью этих знаний можно на стадии синтеза задавать материалу нужные характеристики: от эластичности до твёрдости.

Полипропилен иногда называют "королём пластмасс", потому что он используется повсеместно. По объёмам производства среди полимеров его обгоняет только полиэтилен. Из полипропилена можно получать материалы с широким спектром свойств — от эластичных резинок до высокопрочного пластика. Для этого нужно лишь немного изменить структуру молекул. Однако взаимосвязь между химическим строением и механическими свойствами по-прежнему до конца не установлена.

Авторы поясняют: полимерные материалы способны к метаморфозам благодаря их строению. Полимеры — это молекулярные цепочки, причём они могут быть разной длины. Если материал представляет собой аморфную "кашу" из молекул, то он будет очень мягким. Но части цепочек могут сцепляться и образовывать так называемые кристаллиты — участки, где атомы строго упорядочены, как в кристаллах. Кристаллиты служат узлами, скрепляющими цепочки, и чем их больше, тем прочнее сетка из цепочек и тем жёстче материал. И чтобы цепочки связывались, у структуры молекул должна быть определённая особенность.

Химическая формула полипропилена — цепочка, звеньями которой служит пропилен (пропен). А пространственная структура молекулы определяется тем, как звенья расположены по отношению друг к другу. Если их "хвостики" CH3 смотрят в одну сторону, это называется изотактичностью, если по очереди смотрят то в одну, то в другую — синдиотактичностью, а если никакой закономерности нет, говорят об атактичности.

Изотактические участки хорошо скрепляются друг с другом, поэтому чем их больше, то есть чем выше изотактичность полипропилена, тем прочнее должен быть материал. Химики-синтетики могут получать полипропилен с определённой степенью изотактичности. Но как именно связаны между собой изотактичность и механические свойства материала — это вопрос, который поставили перед собой авторы исследования.

Степень изотактичности полимеров измеряется процентным содержанием пентад — изотактических участков молекул, состоящих из пяти звеньев. Учёные изучали полипропилен с разной степенью изотактичности: 25, 29, 50, 72, 78, 82 и >95%. Из этого полипропилена получали образцы в виде тонких плёнок толщиной 0,5–0,7 миллиметров двумя способами: в одном случае расплавленный материал закаляли холодной водой, а в другом — медленно остужали со скоростью три градуса в минуту. Полипропиленовые плёнки растягивали со скоростью 10 миллиметров в минуту с помощью специальной тестовой машины. На основе механических тестов для каждого образца построили кривую деформации.

Поведение образцов при деформации зависело от их изотактичности и предыстории. Эту закономерность учёные отобразили, построив график зависимости модуля упругости от степени кристалличности (содержания кристаллитов по отношению к аморфной части). Чем выше модуль упругости, тем неподатливее материал, заключают авторы.

Кроме этого, они показали, что у закалённых и медленно охлаждённых образцов кристаллиты находятся в разной форме.

"Многие пытаются улучшать свойства полипропилена, потому что отдача очень большая: его выпускают миллионами тонн. Можно чуть-чуть изменить структуру цепи или начальные условия и получить материал с необходимыми свойствами. Во время синтеза можно задать структуру молекулы, но оказывается, что задавая структуру молекулы, вы задаёте свойства сетки, а, задавая свойства сетки, вы задаёте свойства материала. Это самый главный вывод, который мы делаем в статье", — рассказал автор исследования, преподаватель МФТИ и ведущий научный сотрудник лаборатории функциональных полимерных структур ИСПМ РАН Максим Щербина.

Теперь команда проделывает подобную работу над не менее популярным полимером — полиэтиленом. К слову, недавно российские учёные сделали его биоразлагаемым. 

Работа исследователей опубликована в специализированном научном издании Polymer.

Похожие статьи:
Землян пригласили на панорамную экскурсию в центр Галактики
Световое загрязнение способствует распространению опасного вируса
Добраться до цивилизации: новая карта отражает благосостояние народов мира
Астрономы выяснили, что порождает загадочные всплески космических радиоволн
Солнечный свет влияет на снижение веса
Неизвестный науке род динозавров назвали сибиротитаном

Комментарии


Имя/Ник:
e-mail:
Комментарий:
Антиспам:
Код с картинки:
Добавить комментарий
Отправка сообщения Отправка сообщения... Сообщение отправлено Комментарий сохранен
и будет опубликован после проверки администратором.
Возникли ошибки! Возникли ошибки!