ПЭ научились модифицировать в широких пределах благодаря монтмориллониту
Новый композиционный материал разработали ученые из Института химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (Москва), сообщает портал российских научных новостей. Внешне это вроде бы полиэтилен, только гораздо лучше: новый композит более жесткий, а главное, он гораздо лучше сопротивляется повышенной температуре – меньше деформируется при нагреве и хуже горит. Эти замечательные особенности композиту придает слоистый минерал с экзотическим названием монтмориллонит, от имени местечка Монморийон (Montmorillon) во Франции. Минерала в композите совсем немного, но чтобы ввести эти несколько процентов в матрицу полимера, авторам пришлось немало потрудиться. Зато элегантный метод синтеза, который они предложили, позволяет решить задачу, прежде казавшуюся неразрешимой – не только соединить в единое целое полимер и наполнитель совершенно разной химической природы, но и сохранить при этом слоистую структуру минерала.
Зачем улучшать свойства полиэтилена – объяснять не приходится. Очень уж он плохо выдерживает нагрев: легко деформируется, а главное – легко загорается и быстро, фактически без остатка сгорает. С полимерами более полярными, вроде поливинилхлорида и полиэфиров, куда проще – в них можно вводить сколько угодно (до 90%) минеральных наполнителей, например, мраморной крошки, что и делают. Получаются жесткие негорючие материалы. А с полиэтиленом этот номер не проходит – в силу своей химической природы он «не желает» прочно связываться с частицами минералов. Вернее, не желал, до тех пор, пока его об этом «не попросили» доктор химических наук профессор Людмила Новокшонова и ее коллеги. Они придумали обходной путь, суть которого вот в чем.
Наполнитель, который использовали авторы – это минерал, состоящий из множества слоев, как толстый фолиант из множества листов, разве что не связанных между собой. Правда, авторы взяли не природный минерал, а несколько измененный: расстояние между отдельными слоями у него побольше, чем у исходного, а поверхность слоев модифицирована – часть катионов натрия заменена на органические, более гидрофобные катионы. Но как ввести этот наполнитель в полимерную матрицу так, чтобы минерал был равномерно в ней распределен, а его слоистая структура сохранилась? Просто нагреть и размешать не получится. Но можно, как выяснилось, сначала пропитать минерал катализатором (ввести его в межслоевое пространство за счет адсорбции), а затем провести полимеризацию этилена.
Благодаря тому, что катализатор расположен и на внешних, и на внутренних поверхностях слоев минерала, полимер образуется там же – и многослойная «начинка» оказывается плотно «впечатана» в полиэтиленовую основу. В результате образуется композитный материал, в полиэтиленовом объеме которого равномерно распределены нанослои удивительной глины – монтмориллонита, которая, как и всякая глина, не горит и при нагревании не растягивается.
Разумеется, ученые тщательно изучили структуру полученного материала и его свойства. Интересно, что среди многих методов исследования они применили, причем впервые, метод рассеивания очень холодных (грубо говоря, очень медленных) нейтронов. Оказалось, что, используя различные модификации минерала и параметры синтеза, можно получить материал с заданной структурой и свойствами (в разумных пределах, разумеется). Во всяком случае, введение всего 1-3 объемных процентов монтмориллонита позволяет существенно понизить (по сравнению с полиэтиленом) газопроницаемость и горючесть полученного композита и повысить его термостабильность. Ну, а если он все-таки загорается, то горит не как факел, а медленно превращаясь как бы в слоистый уголек. Механизм явления авторы разгадали, и, естественно, для ученых это очень важно. А для потребителей, то есть нас с вами, важно то, что полиэтилен, вернее, композит на его основе, оказывается, можно сделать термостойким и малогорючим. А значит, более безопасным. И, конечно, более универсальным.
ПластЭксперт