Где только не применяются сегодня материалы из ПВХ – прозрачной пластмассы. Конечно, учёные стремятся улучшить их свойства. Например, ускорить их биоразлагаемость, чтобы меньше засорять окружающую среду. С другой стороны, технологические задачи требуют от них повышенной прочности, морозостойкости.
Старший научный сотрудник НОЦ «Нанотехнологии» ЮУрГУ, кандидат химических наук Ирина Вихарева вместе с сербским коллегой Драганом Манойловичем провели исследование, в котором в качестве пластификатора для будущих пластмасс добавлялись сложные эфиры алифатических дикарбоновых кислот. Такие вещества уже широко применяются в мире – от смазочных материалов в машиностроении до современной косметики. Ещё одно интересное применение – добавление таких эфиров к жирным спиртам – позволяет создавать вещества-теплоносители для хранения тепловой энергии.
В качестве пластификаторов часто применяются фталаты, но они потенциально опасны для природы и человека.
«Сегодня ПВХ-изделия широко применяются в медицине, – говорит Ирина Вихарева. – Но изделия на основе фталатов могут привести к миграции пластика и попаданию его в организм человека».
Альтернативой фталатам являются биопластификаторы на основе сахарного тростника или крахмала, спрос на них на рынке растёт, и такие технологии не всегда дёшевы. В свою очередь альтернативой биопластификаторам, экологичной и в то же время биоразлагаемой, являются алифатические эфиры адипиновой, азелаиновой и себациновой кислот, которые послужили предметом исследования в статье Ирины Вихаревой и Драгана Манойловича.
В качестве матрицы для создания новых пластмасс учёные использовали промышленные образцы суспензионного поливинилхлорида, поставляемого АО «Башкирская содовая компания «Каустик» (Стерлитамак, Россия).
Для синтеза сложных эфиров учёными использовалась установка – круглый химический реактор, оснащённый обратным холодильником с ловушкой Дина-Старка, термометром и магнитной мешалкой. Структура полученных эфиров подтверждена с помощью инфракрасной спектроскопии.
Важно было исследовать совместимость пластификатора с ПВХ, степень миграции (выщелачивания и т.д.) пластификатора, термостабильность и морозостойкость полученных образцов.
Учёным удалось показать, что степень миграции пластификатора (которую необходимо свести к минимуму) зависит от природы спирта. Чем миграция меньше, тем материал стабильнее.
Пластмассы с добавлением эфиров алифатических кислот демонстрировали термостабильность и морозостойкость значительно более высокую, чем широко применяемые пластмассы на основе фталатов.
Таким образом, учёным удалось получить более технологичный (по запросам медтехники и т.д.) и экологически безопасный вид пластмассы, который составит конкуренцию ПВХ-материалам с использованием фталатов.
Исследование опубликовано в высокорейтинговых журналах «Прикладные науки» (Applied Sciences) издательства MDPI и «Полимеры» (Polymers), входящих в первый квартиль международной базы научных журналов Scopus.
Работа выполнялась в рамках Государственного задания FENU-2024-0005 (2024105ЛАБ) Министерства образования и науки Российской Федерации (руководитель проекта Олег Большаков, ЮУрГУ).