22.10.2024 г.
Сотрудники ИБХФ РАН совместно с РЭУ им. Г.В. Плеханова, ООО «Метаклэй Исследования и разработки» и иностранными коллегами в ходе работы над композитами на основе синтетических полимеров и биоразлагаемых наполнителей установили, что введение древесной муки в сополимер этилена с винилацетатом значительно увеличивает стойкость материала к окислению кислородом воздуха при повышенных температурах, а также придает биокомпозитам сопротивляемость окислению. Новые материалы имеют широкий спектр применений, например, теплоизоляция трубопроводов, изоляция кабелей, некоторые элементы беспилотных летательных аппаратов, кухонная мебель.
В статье исследователей в журнале Polymers (IF = 4.7) показано, что материал, содержащий 50% сополимера этилен-винилацетата и 50% древесной муки в сравнении с чистым сополимером медленнее теряет массу под воздействием высоких температур и кислорода воздуха. Такие материалы с задержкой окисления полимерной цепи потенциально могут быть использованы в конструкциях, рассчитанных на кратковременное воздействие высоких температур, без риска разрушения самой конструкции.
Известно, что в древесной муке, помимо целлюлозы и других полисахаридов, содержится лигнин – сложный биополимер из рода полифенолов, считающийся перспективным антиоксидантом и термостабилизатором для полимеров, кроме этого, в древесине содержатся полифенольные соединения, являющиеся природными антиоксидантами. В статье показано, что в процессе формирования композита из расплавленного полимера и древесной муки молекулы полимера могут вступать в химическую реакцию с полифенолами, образуя более стойкие к окислению структуры. По сравнению с чистым сополимером, в композиционном материале окисление происходит с задержкой, причем вначале кислород воздуха реагирует с наполнителем, и только после значительной потери массы наполнителя начинается деградация самого полимера. Практическая особенность материалов с задержкой окисления полимерной цепи заключается в том, что они могут претерпевать большее количество циклов переработки и выдерживать более высокую температуру переработки. Кроме того, использование природного наполнителя поможет удешевить материал и сделать его более жестким. По сравнению с классическими материалами на основе древесных наполнителей (ДСП, МДФ) данный материал не содержит связующих типа эпоксидных или фенолформальдегидных смол и при нагревании не выделяет в окружающую среду токсичных веществ (формальдегид, фенолы, амины).
Комментарий руководителя проекта, научного сотрудника ИБХФ РАН, кандидата химических наук Петра Васильевича Пантюхова: «Как бывает при большинстве научных открытий, эффект термоокислительной стабилизации высоконаполненных биокомпозитов с древесной мукой мы обнаружили случайно. А затем начали более детально изучать его дополнительными методами исследования. Мы создали полимерные материалы с высоким содержанием древесной муки и обнаружили, что природные антиоксиданты, содержащиеся в древесине, способны диффундировать в полимерную матрицу, защищая ее от окислительной деструкции. Нам было удивительно, почему ранее этот эффект не описывался в научных работах, вероятно он проявляется только при высоком содержании растительного наполнителя. Это очень полезный эффект, развязывающий руки переработчикам пластмасс, в том числе при повторной переработке». Исследователи подчеркивают, что применение доступных и дешевых природных наполнителей позволит сократить расход синтетических полимеров и улучшить эксплуатационные свойства новых материалов.
Материалы по исследованию опубликованы в издании "ПОИСК"
Shelenkov, P.G.; Pantyukhov, P.V.; Aleshinskaya, S.V.; Maltsev, A.A.; Abushakhmanova, Z.R.; Popov, A.A.; Saavedra-Arias, J.J.; Poletto, M. Thermal Stability of Highly Filled Cellulosic Biocomposites Based on Ethylene–Vinyl Acetate Copolymer. Polymers 2024, 16, 2103. https://doi.org/10.3390/polym16152103
