 Новый композиционный материал разработали ученые из Института химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (Москва)/ 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
Автор исследования: доктор химических наук профессор Людмила Александровна Новокшонова, Москва
Дополнительную информацию можно узнать здесь: (495) 939-73-73, факс (495) 938-21-56 или lnov@center.chph.ras.ru Москва , Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН
31.10.2008
www.informnauka.ru
|
