Российские учёные выяснили, как сделать пластиковые изделия прочнее
Химики и физики из МФТИ и Института синтетических полимерных материалов РАН выяснили, как структура молекул полипропилена и методика обработки влияют на его прочность. Это позволит сделать пакеты, контейнеры и другие пластиковые изделия более прочными и дешевыми.
"Многие пытаются улучшать свойства полипропилена, потому что отдача очень большая: сегодня его выпускают миллионами тонн. Можно чуть-чуть изменить структуру цепи или начальные условия и получить материал с необходимыми свойствами. Оказывается, что, задавая структуру молекулы при синтезе, вы задаете свойства сетки, а задавая свойства сетки, вы задаете свойства материала. Сейчас мы проделываем подобную работу над не менее популярным полимером — полиэтиленом", — рассказывает Максим Щербина из физтеха в Долгопрудном.
Полиэтилен и полипропилен — на сегодня самые распространенные полимерные материалы на Земле. Это во многом обусловлено тем, что их механические и физические свойства можно гибко менять, варьируя условия, в которых создается материал, и изготавливая из одного и того же сырья гибкие резинки и высокопрочные пластиковые конструкции.
Несмотря на то что свойства этих полимеров хорошо изучены, ученые до сих пор не до конца понимают, как именно строение молекул влияет на механические свойства. По этой причине химики создают новые материалы фактически вслепую, двигаясь методом проб и ошибок. Российские ученые сделали первый шаг к решению этой проблемы, раскрыв некоторые связи между структурой молекул, из которых собираются нити полипропилена, и физическими свойствами готового материала.
Склеенные звенья пропилена, как рассказывают ученые, могут располагаться в полимере или хаотично, или же в виде особых упорядоченных структур, похожих по форме на кристаллы солей. Чем больше в материале "хаотичных" участков, тем мягче и гибче он будет, а большое число упорядоченных блоков связывается с высокой жесткостью. Что именно заставляет нити пропилена объединяться в тот или иной вариант, до открытия Щербины и его коллег химики не знали.
Изучая структуру пленок из полипропилена, изготовленных в разных условиях, российские исследователи обнаружили, что вероятность образования твердых сплетений нитей мономеров довольно сильно зависит от того, в какую сторону повернуты метиловые "хвосты" на молекулах.
Учитывая эту особенность "стройблоков", можно создавать полипропиленовые материалы с заданной прочностью, а также вычислять точные свойства уже существующих марок пластиков и полимеров.