Новости химической науки > Термореактивные полимеры, которые можно переработать вторично

Международная группа исследователей разработала новый тип термореактивных пластмасс, которые могут быть легко рециклизованы. Исследователи надеются, что результаты работы могут оказаться полезными для электронной промышленности в том случае, когда появляется необходимость извлечения высокоценных компонентов из электронных схем, а также понизить общее количество отходов полимеров.

Изображение нового ультрапрочного полимера, армированного углеродными нанотрубками, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа. (Рисунок из Science, 2014, 344, 732; DOI: 10.1126/science.1251484)

В отличие от полимеров-термопластов, в которых отдельные нити макромолекул ничем не связаны друг с другом, в термореактивных полимерах реализуется высокая степень поперечной сшивки, поэтому при нагревании эти нити не так охотно меняют свое положение, как в термопластах, и такой полимер при нагревании не размягчается. Эти поперечные сшивки приводят к увеличению прочности и химической устойчивости термореактивного полимера, что позволяет использовать термореактивные полимеры в различных областях промышленности – от электронной до аэронавтики, но эти же сшивки, равно как и высокая устойчивость термореактивных полимеров делает их весьма сложными объектами для вторичной переработки, и много этих материалов идет в отходы.

Жаннет Гарсия (Jeanette García) с коллегами разработала два класса термореактивных полимеров, мономерами которых являются бифункциональные амины, которые в результате поликонденсации с параформом образуют сеть с треугольным расположением структурных звеньев. При температурах около 50°C образуются гибкие полимерные материалы, нитки в которых поперечно сшиты гемиаминальными динамическими ковалентными системами. При более высоких температурах образуются более прочные и хрупкие полимеры, макромолекулы которых связаны жесткими триазиновыми фрагментами. Один из таких полимеров – полигексагидротриазин [poly(hexahydrotriazine) (PHT)], который является самым прочным из термореактивных полимеров, сделали еще прочнее, инкорпорировав в его состав 2-5% нанотрубок.

Схема процесса поликонденсации, позволяющего получить термореактиный полимер. Интермедиатом реакции является гемиаминаль. (Рисунок из Science, 2014, 344, 732; DOI: 10.1126/science.1251484)

Оставаясь практически полностью инертными в нейтральных или щелочных растворах, а также растворах слабых кислот, таких как лимонная, мостики, сшивающие нити полимера, легко расщепляются действием сильных кислот. Как отмечает Гарсия, теоретически расщеплять такой полимер кислотой можно неограниченное число раз – продуктами расщепления являются исходные мономеры, которые заново могут быть введены в реакцию получения полимера.

Если проводить поликонденсацию при более низких температурах, образуется гибкий полимер, при более высоких – более прочный и жесткий термореактивный полимер. (Рисунок из Science, 2014, 344, 732; DOI: 10.1126/science.1251484)

Хацуо Исида (Hatsuo Ishida) из Западного резервного университета Кейза (США) отмечает, что результаты работы являются убедительной демонстрацией новой концепции, хотя и предполагает, что эти материалы вряд ли станут привлекательными для инженеров. Так, например, полигексагидротриазин может разрушиться уже от 1%-ной деформации, что ставит под сомнение его применение в качестве материала для матрицы в композитных материалах.

Источник: Science, 2014, 344, 732; DOI: 10.1126/science.1251484

метки статьи: #химическая технология, #химия полимеров