вторник, 2 июля 2019 г.

Российские химики разобрались в "настройках" короля пластмасс – полипропилена



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.
Теперь команда проделывает подобную работу над не менее популярным полимером — полиэтиленом. К слову, недавно российские учёные сделали его биоразлагаемымю
https://polypropilentm.ru/ 



Комментариев нет:

Отправить комментарий

Пишите комментарии по существу