Macromolecules: новая наноструктура повысила прочность и долговечность пластика
Исследователи Токийского университета наук разработали полимер, который сочетает свойства, обычно плохо совместимые друг с другом: высокую жесткость и устойчивость к разрушению. Работа опубликована в журнале Macromolecules.
Обычные стеклообразные полимеры при охлаждении ниже температуры стеклования становятся твердыми и жесткими, но одновременно хрупкими: при растяжении они могут быстро разрушаться. Исследователи добавили в такой материал ионные группы, между которыми возникают обратимые электростатические связи. Они работают как временные перемычки между цепочками полимера и помогают ему выдерживать деформацию.
Для этого ученые использовали полимер с гребнеобразной структурой и объемные ионы 4-диметиламинопиридина (DMAP). В отличие от обычных ионов натрия, они равномерно распределяются в материале и не образуют заметных «полых» областей на наноуровне. Испытания показали, что высокая концентрация натрия на определенных участках, напротив, делала полимер более хрупким.
Лучший образец с DMAP выдерживал разрушение при энергии около 137 МДж/м³, сохраняя модуль Юнга (сопротивление растяжению или сжатию) около 0,9 ГПа. По данным авторов, это примерно в четыре раза выше по прочности на разрушение и в два раза выше по жесткости, чем у исходного неионного полимера.
«DMAP действует одновременно как пластификатор и как точка физического сшивания, создавая уникальную наноструктуру, которую мы называем «мягким сшиванием»», — объяснил Дайсукэ Аоки, проводивший исследование в Токийском университете наук. Пластификатор снижает температуру стеклования полимера с 96 до 81 °C, благодаря чему его цепи получают больше свободы для движения, а ионные взаимодействия одновременно сохраняют жесткость материала.
Авторы считают, что такой подход можно использовать для создания более долговечных пластиков, которые реже ломаются. В перспективе они могут найти применение в легких конструкциях, в том числе в автомобилях и дронах, что позволит снизить массу техники и связанные с ней энергозатраты.
Ранее ученые объяснили, как нанопластик может вредить беременности.
???? Самое важное в одном месте — «Газета.Ru» теперь и в MAX.