Создан экологичный аналог натурального каучука
Группа исследователей из Института тонких химических технологий им. М. В. Ломоносова РТУ МИРЭА представила новый материал, созданный на основе синтетического полиизопрена. Этот материал призван стать полноценной и даже превосходящей заменой природному каучуку в производстве автомобильных шин и других резинотехнических изделий.
Отличительной чертой разработанного материала является его исключительная когезионная прочность – показатель, характеризующий прочность сырой резиновой смеси. По этому параметру новый материал не только соответствует натуральному каучуку, но и значительно его превосходит. Этот аспект особенно важен для изготовления крупногабаритных шин.
Как отмечает Сергей Чернышов, преподаватель кафедры химии и технологии переработки эластомеров РТУ МИРЭА и один из авторов работы, “Наша разработка успешно решает ключевую проблему синтетического изопренового каучука — его низкую когезионную прочность. Добавление всего лишь 7% полиэтилена высокой плотности увеличивает прочность эластомерной смеси вдвое по сравнению с натуральным каучуком на производственном этапе, что критически важно для шин больших размеров и цельнометаллических шин”.
Натуральный каучук традиционно считался незаменимым для высоконагруженных изделий, таких как авиационные и грузовые шины, несмотря на зависимость его производства от климатических и природных условий. Синтетические аналоги долгое время не могли достичь аналогичных эксплуатационных свойств. Решение, найденное учеными РТУ МИРЭА, заключается в сочетании синтетического полиизопрена с полиэтиленом. Этот подход не только улучшает механические свойства эластомерных материалов, но и делает производственный процесс проще и экологичнее, исключая использование токсичных химикатов.
Людмила Люсова, заведующая кафедрой химии и технологии переработки эластомеров им. Ф. Ф. Кошелева РТУ МИРЭА, доктор технических наук и профессор, добавляет: “Мы продемонстрировали, что физическое смешивание полимеров может быть столь же эффективным, как и сложные химические модификации. Важно, что наш материал сохраняет все эксплуатационные характеристики, присущие резине из натурального каучука, и даже демонстрирует превосходство на 28% по устойчивости к динамическим нагрузкам”.
Инновация уже привлекла внимание промышленных предприятий, поскольку ее интеграция в существующие производственные процессы не требует значительных перестроек. Внедрение нового материала способно снизить зависимость от импорта натурального каучука и улучшить качество выпускаемой резиновой продукции.
Ученые РТУ МИРЭА продолжают исследования для расширения потенциальных областей применения разработанного материала и его адаптации для нужд различных отраслей. Результаты работы были опубликованы в авторитетном международном научном журнале «Военно-технический вестник» (Vojnotehniki glasnik / Military Technical Courier).
Ответы Сергея Чернышова, ассистента кафедры ХТПЭ ИТХТ РТУ МИРЭА, на вопросы:
Каково основное отличие нового материала от существующих синтетических аналогов?
Существующие синтетические аналоги структурно близки натуральному каучуку, но уступают ему по свойствам, особенно по когезионной прочности сырого каучука и смесей на его основе, что важно для технологии производства. Наш материал достигает показателей натурального каучука по этому параметру. Ключевое отличие в том, что это не мономатериал, а смесевая эластомерная композиция — смесь полимеров.
Почему до сих пор не удавалось создать полноценную замену натуральному каучуку?
В последние десятилетия усилия были направлены на химическую модификацию синтетических аналогов. Однако эти подходы не получили широкого промышленного внедрения по ряду причин: токсичность модификаций, неудовлетворительные технологические свойства и сложности с масштабированием производства. Ни один из этих химических методов пока не показал требуемой эффективности в промышленных условиях.
Как добавление всего 7% полиэтилена радикально меняет свойства материала?
Механизм усиления в настоящее время исследуется более детально. Улучшение свойств достигается благодаря хорошему распределению и диспергированию частиц полиэтилена в матрице каучука и сильному межфазному взаимодействию между этими полимерами. Размер включений полиэтилена составляет в среднем несколько сотен нанометров. Именно такая концентрация полиэтилена (7%) позволяет достичь упрочнения, сохраняя при этом эластические свойства материала.
Какие преимущества дает новая технология с экологической точки зрения?
Предложенный метод модификации, основанный на физическом смешивании синтетического изопренового каучука с полиэтиленом, не требует использования вредных или токсичных химических веществ. Более того, в рамках этой технологии имеется потенциал использования вторичного полиэтилена, что дополнительно повышает ее экологичность.
Какие перспективные области применения, кроме шин, рассматривают ученые?
Разработанный эластомерный материал может использоваться во всех областях, где традиционно применяется натуральный каучук. Это включает производство различных резинотехнических изделий (например, компоненты подвески автомобилей), изделия медицинского назначения (такие как трубки), а также продукцию для пищевой промышленности, бытового использования и спорта. Дополнительное преимущество — повышенная грибостойкость по сравнению с резиной на основе натурального каучука.
Потребует ли внедрение материала перестройки существующих производственных линий?
Нет, для промышленного производства и применения разработанного материала не требуется вносить дополнительные технологические операции или перестраивать существующие производственные линии.
Какой следующий этап исследований планирует команда РТУ МИРЭА?
Следующие шаги включают более точное определение механизма усиления каучука полиэтиленом, анализ зависимости конечных свойств эластомерных материалов от молекулярно-структурных характеристик полиэтилена, а также активное расширение сферы промышленного применения. Отдельное направление исследований — изучение возможности и эффективности использования вторичного полиэтилена для модификации синтетического изопренового каучука.
