Характер «короля пластмасс» связали с тактичностью и происхождением

Фото: open-dubna.ru

Коллектив учёных, в том числе из Института синтетических полимерных материалов РАН и МФТИ , выяснил, как «правильность» молекул полипропилена и способ обработки влияют на механические свойства конечного изделия. С  помощью этих знаний можно на стадии синтеза задавать материалу нужные свойства: от эластичности до твёрдости. Работа опубликована в журнале Polymer.

Помягче или пожёстче?

Полипропилен иногда называют «королём пластмасс», потому что он используется повсеместно. По  объёмам производства среди полимеров его обгоняет только полиэтилен. Из  полипропилена можно получать материалы с широким спектром свойств: от эластичных резинок до высокопрочного пластика, — немного меняя структуру молекул. Однако взаимосвязь между химическим строением и механическими свойствами по прежнему до конца не установлена.

Рисунок: полимерные цепочки. Красными кругами выделены кристаллиты

Полимерные материалы способны к метаморфозам благодаря их строению. Полимеры  — это длинные молекулярные цепочки, причём цепочки могут быть разной длины. Если материал представляет собой аморфную кашу из молекул, то он будет очень мягким. Но  части цепочек могут сцепляться и образовывать так называемые кристаллиты. Кристаллиты  — это участки, где атомы строго упорядочены, как в кристаллах. Кристаллиты служат узлами, скрепляющими цепочки, и чем их больше, тем прочнее сетка из цепочек и тем жёстче материал. Чтобы цепочки связывались, у структуры молекул должна быть определённая особенность.

Как тактично

Рисунок: три варианта тактичности: изотактичность, синдиотактичность и атактичность. Оранжевые и зелёные шарики обозначают CH3 и H

Химическая формула полипропилена  — цепочка, звеньями которой служит пропилен  (пропен). А  пространственная структура молекулы определяется тем, как звенья расположены по отношению друг к другу. Если их «хвостики» CH3 смотрят в одну сторону, это называется изотактичностью, если по очереди смотрят то в одну, то в другую  — синдиотактичностью, а если никакой закономерности нет, говорят об атактичности. Изотактические участки хорошо скрепляются друг с другом, поэтому чем их больше, то есть чем выше изотактичность полипропилена, тем прочнее должен быть материал. Химики-синтетики могут получать полипропилен с определённой степенью изотактичности. Как именно связаны между собой изотактичность и механические свойства материала  — вопрос, который поставили перед собой авторы исследования.

Рисунок: Пентада полимера

Установленный закон

Степень изотактичности полимеров измеряется процентным содержанием пентад. Пентада  — это изотактический участок молекулы, состоящий из пяти звеньев. Учёные изучали полипропилен с разной степенью изотактичности: 25, 29, 50, 72, 78, 82 и >95%. Из  этого полипропилена получали образцы в виде тонких плёнок толщиной 0,5–0,7  мм двумя способами: в одном случае расплавленный материал закаляли холодной водой, а в другом  — медленно остужали со скоростью 3 градуса в минуту. Полипропиленовые плёнки растягивали со скоростью 10  мм/мин с помощью специальной тестовой машины. На  основе механических тестов для каждого образца построили кривую деформации. Поведение образцов при деформации зависело от их изотактичности и предыстории. Эту закономерность учёные отобразили с помощью зависимости модуля упругости от степени кристалличности. Чем выше модуль упругости, тем неподатливее материал. Степень кристалличности  — это содержание кристаллитов в материале по отношению к аморфной части. Кроме этого, учёные показали, что у закалённых и медленно охлаждённых образцов кристаллиты находятся в разной форме.

Рисунок: график зависимости модуля упругости Е от степени кристалличности. Буквами Q и S обозначены закалёные и медленно охлаждённые образцы соответственно, M и ZN  — разные виды катализаторов, а числа  — степени изотактичности образцов

«Многие пытаются улучшать свойства полипропилена, потому что отдача очень большая: его выпускают миллионами тонн. Можно чуть-чуть изменить структуру цепи или начальные условия и получить материал с необходимыми свойствами. Во  время синтеза можно задать структуру молекулы, но оказывается, что задавая структуру молекулы, вы задаёте свойства сетки, а задавая свойства сетки, вы задаёте свойства материала. Это самый главный вывод, который мы делаем в статье. Сейчас мы проделываем подобную работу над не менее популярным полимером  — полиэтиленом»,  — комментирует автор статьи, преподаватель МФТИ и ведущий научный сотрудник лаборатории функциональных полимерных структур ИСПМ РАН Максим Щербина.

Работа выполнена в рамках гранта РНФ 14-13-01402.

Источник

Добавить комментарий Комментарии не должны оскорблять автора текста и других комментаторов. Содержание комментария должно быть конкретным, написанным в вежливой форме и относящимся исключительно к комментируемому тексту.

Имя (обязательное)

E-Mail (обязательное)

Сайт

Подписаться на уведомления о новых комментариях


Обновить

Отправить Отменить JComments Автор: Татьяна Небольсина
 
По теме
Две школы искусств Балашихи стали лидерами рейтинга учреждений культуры Подмосковья - Правительство Московской области Источник: Министерство культуры Московской области Две детские школы искусств Балашихи вошли в десятку лучших учреждений культуры Московской области по итогам 2018 года, передает РИАМО.
17.12.2018
В период с 2 по 5 декабря в Москве проходил Международный форум добровольцев – итоговое мероприятие Года добровольца (волонтера) в России.
17.12.2018
Роботов-хоккеистов и снегоуборщиков представили на фестивале «Кубок Бинома» в Химках - Правительство Московской области Источник: © , пресс-служба администрации городского округа Химки Ежегодный робототехнический фестиваль «Кубок Бинома» прошел в Химках, этом году главная тема фестиваля стали «Зимние робоигры»,
17.12.2018
 
15 декабря в Доме Правительства Московской области состоялся Московский областной молодежный форум инноваций и предпринимательства.
17.12.2018
С 15 по 17 декабря 2018 года представители органов власти и крупного бизнеса собрались в столице для участия во Всероссийском образовательно-кадровом форуме "Траектория развития.
17.12.2018
Н а базе филиала МАДОУ детского сада №39 «Рябинка» состоялся Муниципальный методический семинар для воспитателей групп раннего возраста по теме «Кукольный театр как средство эмоционально-эстетического развития детей ранн
17.12.2018
 
Эксперты регионального отделения Общероссийского народного фронта в Московской области подготовят предложения по изменению концепции нового историко-культурного стандарта в сфере образования.
17.12.2018
Птицы счастья на гербе России - Истринские ВСети Ученица Костровской школы стала победителем Всероссийского конкурса на лучшее знание государственной символики России Ученица Костровской школы Ольга Гайдукова стала победителем Всероссийского конкурса на лучшее знани
15.12.2018 Истринские ВСети
Делегация кадет из Солнечногорска побывала в образовательном центре «Сириус» в Сочи - Газета Сенеж Делегация кадет МАОУ «Радумльского лицея-интерната» посетила семинары и мастер-классы в образовательном центре «Сириус» в рамках Всероссийской научно-исследовательской конференции.
17.12.2018 Газета Сенеж
Самый «золотой» лицей Химок отметил юбилей - Химские новости Лицей № 11 распахнул свои двери для учеников полвека назад. С тех пор менялись образовательные программы, но неизменным в этих стенах остается одно – желание педагогов создавать условия для успешного обучения школьников.
17.12.2018 Химские новости
Александр Мшецян, директор Раменского дорожно-строительного техникума, рассказал о структуре учебного заведения, успехах студентов и отсутствии проблем в трудоустройстве выпускников.
17.12.2018 Газета Родник
ЛЮБЕРЦЫ. 17 декабря. INLUBERTSY.RU - Рособрнадзор утвердил новые правила сдачи единого государственного экзамена (ЕГЭ) и государственной итоговой аттестации (ГИА), сообщает Люберецкое информагентство со ссылкой на сайт «Рособрнадзор».
17.12.2018 Люберецкая панорама
Пятнадцатого декабря Андрей Воробьев открыл Кубок губернатора Московской области по робототехнике «Рубикон», сообщила пресс-служба губернатора и правительства Московской области.
17.12.2018 Газета Ключ
В Дзержинском обрушилась крыша одноэтажного здания - Котельники сегодня В соседнем с Котельниками городском округе Дзержинский сегодня, 17 декабря, в 9:55 произошло обрушение крыши одноэтажного здания по адресу Академика Жукова, дом 2. Как сообщили в МЧС по Московской области,
17.12.2018 Котельники сегодня
Пострадавший умер до прибытия скорой, убийца – задержан. О деталях преступления нам рассказал заместитель начальника ОМВД России по городскому округу Клин Олег Порошин.
17.12.2018 Серп и Молот
Международный фестиваль «Мы учимся в России» - ГГХПИ 12 декабря 2018 г. в университете состоялся международный фестиваль национальных культур «Мы учимся в России», который проводится с 2010 г. и с каждым годом становится все более масштабным,
17.12.2018 ГГХПИ
В Выставочном зале имени Ю.В. Карапаева открылась необычная фотоэкспозиция «Fragile» от детской фотостудии «ArtPhoto» под руководством Олега Скачкова.
17.12.2018 Серп и Молот
Количество ДТП с материальным ущербом в Подмосковье снизилось​ на 15% в 2018 году - Правительство Московской области Источник: Фотобанк Московской области Количество совершенных дорожно-транспортных происшествий с материальным ущербом на дорогах Подмосковья сократилось в 2018 году на 15%, число ДТП с пострадавшими уменьшилось на 13%,
17.12.2018 Правительство Московской области
Небольшой юбилей большого комплекса - Дмитровский вестник ​​​​​​​Муниципальное учреждение «Спортивный комплекс «Дмитров» в торжественной обстановке 14 декабря отметил 15-летие со дня открытия.
17.12.2018 Дмитровский вестник
Первенство по чир-спорту состоялось в Люберцах - Люберецкая панорама В воскресенье, 16 декабря, в ДС «Триумф» множество болельщиков собрало Открытое первенство округа по чир-спорту, сообщает Люберецкое информагентство со ссылкой на Спорткомитет округа.
17.12.2018 Люберецкая панорама
Дзюдо - (с японского «мягкий путь») - боевое искусство, философия и спортивное единоборство без оружия, созданное в конце XIX в. японским мастером боевых искусств Дзигоро Кано.
17.12.2018 Газета Родник
Воскресенская шпажистка завоевала золотую награду. Триумфом российских мушкетеров завершился чемпионат мира среди военнослужащих во французском Нанси.
17.12.2018 Куйбышевец
Долгострой на стадии завершения. В ходе выездного совещания Алексей Аксютенко осмотрел практически готовые помещения для занятий аэробикой и единоборствами, взрослый и детский бассейны, сауну,
17.12.2018 Газета Сенеж
В Ельне перезахоронили  останки семи воинов, отдавших жизни 77 лет назад в боях с оккупантами - Серп и Молот 17 декабря, в солнечный морозный день, на Мемориале воинской славы в деревне Ельне, что в нескольких километрах от Можайска, прошла торжественная волнующая церемония перезахоронения останков семи воинов,
17.12.2018 Серп и Молот
Подмосковный проект цифровизации муниципального земельного контроля будет рекомендован к внедрению в других регионах РФ - Минимущества МО Представители Министерства имущественных отношений Московской области приняли участие в конференции «Реформа контрольно-надзорной деятельности (КНД): новый госконтроль на практике»,
17.12.2018 Минимущества МО
Губернатор провел совещание с руководящим составом правительства Московской области - Звенигородские ведомости Семнадцатого декабря губернатор Московской области Андрей Воробьев провел совещание с руководящим составом областного правительства, сообщила пресс-служба губернатора и правительства Московской области.
17.12.2018 Звенигородские ведомости
За последнее время участились случаи правонарушений, связанных с кражей металлоконструкций высоковольтных линий электропередачи и элементов оборудования подстанций,
17.12.2018 Озёрский район