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
В Клину посадили 3200 сеянцев ели - Информационный портал Клин-АМ Центральной площадкой акции «Наш лес» в городском округе Клин стала территория 21-квартала Октябрьского участкового лесничества в районе бывшего военного городка «Клин-9».
23.09.2018
«Собрать золотой пазл». Ученые из России разгадали загадку кристаллической структуры калаверита - OpenDubna.Ru Ученые из России и Германии объяснили загадки кристаллической структуры минерала – калаверита, а также предсказали возможность существования нового, ранее неизвестного химикам соединения золота.
23.09.2018
 
22 сентября в Красногорске состоялось открытие технопарка «Кванториум» на улице Вокзальной, где более восьмисот ребят, включая детей с ограниченными возможностями здоровья, смогут заниматься высокотехнологичным творчеством.
22.09.2018
В Архангелове посадили 3200 сеянцев ели - Серп и Молот Центральной площадкой акции «Наш лес» в городском округе Клин стала территория 21-квартала Октябрьского участкового лесничества в районе бывшего военного городка «Клин-9».
22.09.2018 Серп и Молот
«Собрать золотой пазл». Ученые из России разгадали загадку кристаллической структуры калаверита - OpenDubna.Ru Ученые из России и Германии объяснили загадки кристаллической структуры минерала – калаверита, а также предсказали возможность существования нового, ранее неизвестного химикам соединения золота.
23.09.2018 OpenDubna.Ru
Марафон «100‑дневный воркаут» начнется в Подмосковье 23 сентября - Подольский рабочий Бесплатная образовательная программа «100-дневный воркаут» стартует в муниципалитетах Московской области с 23 сентября Бесплатная образовательная программа «100-дневный воркаут» стартует в муниципалитетах Московской о
22.09.2018 Подольский рабочий
Невозможно представить жизнь города, известного всему миру благодаря народному промыслу, без художественной школы, а между тем сравнительно недавно её открытие было лишь в мечтах.
20.09.2018 Павлово-Посадские известия
В Дежурную часть Софринского Отделения полиции МУ МВД России «Пушкинское» поступило сообщение от 43-летнего местного жителя о том, что неизвестный похитил мобильный телефон из гаража, расположенного на ул.
23.09.2018 МВД Московской области
В октябре 2017 года во Фрязине закрылся родильный дом. Все будущие мамы за своими малышами теперь отправляются в Щёлковский перинатальный центр.
21.09.2018 Газета Ключ
Агентство "Росбалт" разузнало обстоятельства второй судимости бизнесмена Евгения Пригожина, которого называют "поваром Путина", владельцем "фабрики троллей" и спонсором частной военной кампанией (ЧВК) Вагнера.
22.09.2018 Газета Новые Известия
Тело неизвестного мужчины обнаружили у дороги в городском округе Клин, труп доставили в морг, сообщил РИАМО в четверг сотрудник пресс-службы ГУ МВД РФ по Московской области.
21.09.2018 Серп и Молот
Ещё четырнадцати лет не исполнилось девчонке Тоне, когда она в июле 1942 года стала осваивать на Коломенском машиностроительном заводе имени Куйбышева профессию токаря.
23.09.2018 Коломенская правда
В парке «Дубрава» микрорайона  Климовск открыли скейт-площадку по программе губернатора Московской области - Администрация г.Подольск Скейт-площадку площадью 400 квадратных метров открыли  на территории парка «Дубрава» в микрорайоне Климовск 22 сентября в рамках празднования 237-й годовщины основания города Подольска и образования Подольского уезда.
23.09.2018 Администрация г.Подольск
%d0%bc%d0%b0%d1%810 - Газета Новые Известия Во всяком случае, первые футбольные правила обсуждались и принимались в резиденции лондонских масонов Забавное предположение высказал сайт «Крамола» по поводу происхождения всемирно любимой игры:
23.09.2018 Газета Новые Известия
Глава Городского округа Подольск Николай Пестов принял участие в высадке аллеи памяти 28 героев-панфиловцев - Администрация г.Подольск Глава Городского округа Подольск  Николай Пестов  в ходе акции «Наш лес. Посади свое дерево» высадил аллею лип вместе с учащимися школы № 5 микрорайона Климовск.
23.09.2018 Администрация г.Подольск
Акция «Наш лес. Посади свое дерево» объединила около 300 тысяч жителей Подмосковья - Красногорские вести В Подмосковье прошла акция «Наш лес. Посади свое дерево». Этот масштабный экологический проект  стартовал на территории Московской области по инициативе губернатора Андрея Воробьева в 2013 году.
23.09.2018 Красногорские вести