Химики нашли новый способ переработки термореактивных пластиков

Команда химиков Массачусетского технологического института нашла способ модификации термореактивных пластиков с помощью химического вещества, который значительно облегчает разрушение материалов, позволяя им сохранять механическую прочность.

Термореактивные материалы, которые включают эпоксидные смолы, полиуретаны и резину, используемые для шин, встречаются во многих продуктах, которые должны быть долговечными и термостойкими, таких как автомобили или электрические приборы. Одним из недостатков этих материалов является то, что их не так легко переработать или разрушить после использования, потому что химические связи, удерживающие их вместе, прочнее, чем в других материалах, таких как термопласты.

Джеремия Джонсон с коллегами показали, что они могут произвести разлагаемую версию термореактивного пластика под названием полидициклопентадиен (pDCPD), который используется для панелей кузова в грузовиках и автобусах, переработав его в порошок, а затем использовать этот порошок для создания нового материала. Они также предложили теоретическую модель, предполагающую, что уникальный подход может быть применим к широкому спектру пластмасс и других полимеров, таких как резина.

Джонсон утверждает: «Эта работа раскрывает фундаментальный принцип проектирования, который, как мы считаем, является общим для любого вида термореактивных материалов с этой базовой архитектурой».

Термореактивные материалы являются одним из двух основных классов пластмасс, наряду с термопластами. Термопласты включают полиэтилен и полипропилен, которые используются для пластиковых пакетов и других одноразовых вещей, таких как пищевые обертки. Эти материалы изготавливаются путем нагревания небольших пластиковых гранул до плавления, а затем формования в желаемую форму и охлаждения до твердого состояния.

Термопласты, на долю которых приходится около 75 процентов мирового производства пластмасс, можно переработать путем  повторного нагревания до жидкого состояния, а затем придать им новую форму. Термореактивные пластмассы изготавливаются аналогичным способом, но как только они охлаждаются из жидкости в твердое вещество, очень трудно вернуть их обратно в жидкое состояние. Это из-за связей, которые образуются между молекулами полимера и которые очень трудно разорвать. По словам Джонсона, при нагревании термореактивные пластмассы обычно сгорают, прежде чем их можно будет повторно использовать.

«Как только они установлены в заданную форму, они находятся в таком состоянии всю жизнь. Часто нет простого способа утилизировать их», поясняет химик.

Используя свои прошлогодние разработки, химики обнаружили, что если мономер силилового эфира составляет от 7,5 до 10 процентов от общего материала, pDCPD сохраняет механическую прочность, но его можно переработать на растворимый порошок при воздействии ионов фтора. «Это была первая захватывающая вещь, которую мы нашли. Мы можем сделать pDCPD разлагающимся, не нанося ущерба его полезным механическим свойствам», говорят авторы исследования.

На втором этапе исследователи повторно использовали полученный порошок для образования нового материала pDCPD. После растворения порошка в растворе прекурсора, они смогли изготовить новые термореактивные материалы. «Этот новый материал имеет почти неразличимые и в некотором смысле улучшенные механические свойства по сравнению с исходным материалом. Показать, что можно взять продукты разложения и снова переработать термореактивный материал, используя тот же процесс, — это здорово», утверждает Джонсон.

Исследователи полагают, что этот подход может быть применен и к другим типам термореактивной химии. В своих экспериментах они показали, что использование разлагаемых мономеров для образования отдельных нитей полимеров гораздо более эффективно, чем использование разлагаемых связей для «сшивания» нитей вместе, что было опробовано ранее. Они полагают, что этот подход к расщепляемой цепи может быть использован для получения многих других видов разлагаемых материалов.

Один из ведущих американских химиков Джеффри Мур говорит: «Это захватывающий прогресс в разработке термореактивных пластиков. Ученые потратили большую часть своих усилий, изучая синтез более качественных пластиков, и гораздо меньше химических исследований было вложено в науку о разрушении полимеров. Работа Джонсона помогает восполнить этот важный пробел в фундаментальных знаниях, обеспечивая при этом достижения технологического значения ».

По словам авторов, если найти подходящие виды разлагаемых мономеров для других типов реакций полимеризации, этот подход можно использовать для изготовления разлагаемых версий других термореактивных материалов, таких как акрилы, эпоксидные смолы, силиконы или вулканизированный каучук.

Leave a Reply

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *