Ученые из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук им. Джона А. Полсона разработали метод получения эластичных полимеров, которые являются одновременно и жесткими, и прочными. Эта дилемма стояла перед специалистами в области полимеров уже многие годы. Статья опубликована в журнале Science.
Эластичные полимеры, или эластомеры, — это материалы, которые способны восстанавливать свою форму после деформации. Долгое время считалось, что они могут быть либо прочными, либо жесткими, но не могут обладать обоими свойствами сразу. Полимеры представляют собой цепочки, состоящие из строительных блоков — мономеров. Если между полимерными цепочками есть поперечные ковалентные связи, то такой материал является эластичным. Чем больше поперечных связей, тем короче становятся цепочки и более жестким становится материал. Если цепи окажутся слишком короткими, то материал станет еще и хрупким.
Чтобы разработать эластомер, который обладает и жесткостью, и прочностью, ученые использовали не химические, а физические связи. Это так называемые узлы, или сцепления. О них было известно очень давно, однако до сих пор считалось, что они влияют только на жесткость. Тем не менее исследователи выяснили, что при достаточном числе узлов материал можно сделать прочным, не жертвуя при этом жесткостью. Чтобы получить полимеры с большим количеством узлов, ученые использовали концентрированный раствор мономеров, содержащий в десять раз меньше воды, чем обычно. В результате реакции полимеризации получилось соединение, содержащее сотни узлов. Для поддержания его стабильности требуется лишь несколько поперечных связей.
Эластомеры, полученные таким путем, — жесткие, прочные, имеют высокий предел выносливости. При погружении в воду они становятся гидрогелями. В такой форме они характеризуются низким трением, высокой износоустойчивостью. Следовательно, повышается срок службы изделий из таких эластомеров.
«Наше исследование показало, что при использовании узлов, а не поперечных связей в полимерах можно сократить потребление пластика. Такая методика повышает долговечность материалов», — подвел итог Гогао Чжан, один из авторов статьи.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
