Характер «короля пластмасс» связали с тактичностью и происхождением

Пластмассовые игрушки часто делаются из полипропилена

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.



 
По теме
Война устами детей - Истринские ВСети Сегодня, в День памяти и скорби, председатель жюри конкурса «Письмо в Сталинград» Арина Гундрова поделилась с «ИВ» проникновенными строчками из работ участников.
22.06.2018
 
Сто восемь знаков отличия ГТО получат ступинские школьники в рамках празднования выпускных вечеров в городском округе Ступино, сообщила Марина Коротаева, руководитель Центра тестирования ГТО.
22.06.2018
Стали известны первые результаты Единого государственного экзамена. По предварительным данным, четверо выпускников одиннадцатых классов школ города Ступино смогли добиться максимального результата.
22.06.2018
Правила дорожного движения для малышей - Администрация Воскресенского района В детском сад общеразвивающего вида №57 «Колокольчик» (заведующий Стрункина Т.А.) 21 июня было проведено спортивно-развлекательное мероприятие «Летняя дорожная грамота» с воспитанниками средней и старшей групп.
22.06.2018
Министерство инвестиций и инноваций Московской области подвело итоги конкурса на предоставление субсидий на создание и дооснащение Центров молодёжного инновационного творчества в Подмосковье.
21.06.2018 Авиаград Жуковский
Журналисты «КП» проверили городской пляж на берегу реки Коломенки - Коломенская правда Вячеслав Петрович, начальник управления по ГО, ЧС и безопасности администрации округа: - Все зоны отдыха у воды находятся под видеонаблюдением, сигнал с камер выведен в единую дежурную диспетчерскую службу.
22.06.2018 Коломенская правда
Ночной пожар в Румянцеве - Красное знамя В ночь на 17 июня в деревне Румянцево загорелся частный жилой дом. Сообщение о пожаре поступило на пульт диспетчера  службы 112 в 0 часов 55 минут.
22.06.2018 Красное знамя
ЛЮБЕРЦЫ.22 июня. INLUBERTSY.RU – В оперативно-дежурную смену центра управления в кризисных ситуациях поступило сообщение о загорании частного дома по адресу: городской округ Люберцы, Новомарусинский проезд,
22.06.2018 Люберецкая панорама
По сообщению старшего дознавателя ОНД по Рузскому району Алексея Старченко, днем 21 июня загорелся мусор на контейнерной площадке по улице Заводской в поселке Колюбакино.
22.06.2018 Красное знамя
Камеры наружного наблюдения стали частью нашей жизни, к счастью или к параноидальному сожалению.
21.06.2018 Газета Вперёд
Балашиха в числе победителей конкурса «Лучший подъезд Подмосковья» - Газета Факт На форуме «Формирование комфортной городской среды в Московской области», который состоялся 21 июня в Реутове, прошло награждение победителей смотра-конкурса «Лучший подъезд Подмосковья».
22.06.2018 Газета Факт
В канун 77-й годовщины начала Великой Отечественной войны в Павловском Посаде вспыхнули «Свечи памяти» - Павлово-Посадские известия 22 июня – самая скорбная дата в истории нашего государства. 77 лет назад в этот день началась война, унёсшая около 30 миллионов жизней советских людей, только треть из которых были военнослужащими,
21.06.2018 Павлово-Посадские известия
Более 70 километров дорог отремонтируют в Воскресенском районе - Министерство транспорта и дорожной инфраструктуры В Воскресенском районе продолжается ремонт автодорог. В этом году в муниципалитете отремонтируют 127 участков региональных и муниципальных дорог протяженностью порядка 77 километров.
22.06.2018 Министерство транспорта и дорожной инфраструктуры
Турнир по киберфутболу пройдет в Химках - Городские вести В Химках открылась регистрация на турнир по FIFA18. Соревнования в дисциплине 1×1 среди молодежи пройдут 30 июня под крытой сценой в парке культуры и отдыха им.
21.06.2018 Городские вести
В Мособлдуме рассмотрят вопросы о введении бесплатной парковки для владельцев электромобилей - Московская областная Дума В Мособлдуме 21 июня прошёл круглый стол на тему: «Электромобили как важная составляющая мероприятий по снижению загрязнения атмосферного воздуха».
22.06.2018 Московская областная Дума
В 2018 году в поселке Реммаш на территории парка «Сквер мира» Сергиево‐Посадского района появится новый скейт‐парк.
22.06.2018 Копейка
В Воскресенском районе продолжается ремонт автодорог. В этом году в муниципалитете отремонтируют 127 участков региональных и муниципальных дорог протяженностью порядка 77 километров.
22.06.2018 Министерство транспорта и дорожной инфраструктуры