Учёным удалось найти новый способ придания пластичности сшитым полимерам

Учёные сообщают о том, что им удалось найти новый путь для придания пластичности сшитым полимерам, содержащим большое количество двойных связей. Это открытие может сделать ковалентносшитые полимеры значительно более универсальными, лёгкими в обработке и пригодными для утилизации.

Важность сшитых полимеров для самых разных отраслей промышленности определяется их механической и тепловой стойкостью, а также устойчивостью к воздействию растворителей. Но эти замечательные материалы не обладают достаточной гибкостью, растворимостью и плавкостью, что резко затрудняет их обработку. Такие полимеры должны быть сразу же получены в нужной форме (что, конечно, совершенно неудобно), поскольку никакая повторная обработка такого пластика просто невозможна, в отличие, скажем, от термопластиков, которые можно обрабатывать снова и снова, подгоняя форму под конкретные нужды. И вот теперь научная группа из Калифорнийского университета в Ирвайне (США) под руководством Чжибинь Гуань предложила оригинальный подход к решению проблемы пластичности сшитых полимеров.

Исследователи показали, что добавление прямо в структуру полимера специального катализатора, который способствует разрыву старых и образованию новых связей, может сделать его пластичным. В качестве примера авторы работы использовали образец сшитого полимера полибутадиена (ПБД) — коммерчески важного продукта, широко применяемого в качестве синтетической резины, — в структуру которого был внедрён рутениевый катализатор Граббса. Такой катализатор инициирует протекание реакции метатезиса олефинов, при которой происходит перераспределение заместителей при двойных связях соседних алкенов.

Несмотря на то что ПБД обладает определённой степенью эластичности в зависимости от степени сшивания, этот полимер непластичен. Но в присутствии в структуре полимера рутениевого катализатора двойные связи получают возможность проводить «свопинг», который позволяет снимать избыточное механическое напряжение при приложении внешней силы. Таким образом, становится возможным менять первоначальную форму полимера, сохраняя ту же степень сшивания и то же число двойных связей, как и у оригинальной формы. Единственное, что действительно изменяется, — это топология полимерной сети. Как и следовало ожидать, чем больше рутениевого катализатора добавлено к полимеру, тем более высокая степень пластичности может быть достигнута.
Не забыли исследователи и о «закрепителе». Так, катализатор может быть полностью деактивирован обработкой полимера виниловым эфиром, что приводит к закреплению полученной формы.

Всё это, безусловно, предельно инновационно, но... Первое, что бросается в глаза, — цена! Рутений и ему подобные металлы в катализаторах Граббса безмерно дороги. Ладно, когда катализатор используется при синтезе и его можно полностью восстановить хотя бы без потери драгоценного металла, но в данном случае добро будет утекать с каждым куском пластмассы. Учитывая объёмы потребления пластиков, рутения, родия и иридия надолго не хватит, а цена таких пластиков быстро станет космической. Так что реальная применимость этого метода в промышленности, мягко говоря, под вопросом.

Ну а во-вторых (если не во-первых), возникают большие сомнения по поводу достижимости приемлемой скорости пластической деформации, которая в описанном случае будет зависеть от скорости диффузии катализатора к очередному месту свопинга и от вероятности сближения соседних двойных связей в сверхвязкой среде полимера. Насколько это реально в твёрдом полимере? На наш взгляд, это недостижимо вовсе, даже в космическом масштабе времени. Каким же образом была достигнута высокая степень пластической деформации, о которой сообщается в статье, опубликованной в Journal of the American Chemical Society? Трудно сказать. Стоит повнимательнее приглядеться к деталям экспериментов. Очень может быть, что наблюдаемый эффект не связан с действием катализатора Граббса, а имеет совсем иную природу. То есть, наверное, авторы упустили что-то очень важное, что могло сделать их открытие ещё интереснее, а главное — доступнее для промышленности...