Характер «короля пластмасс» связали с тактичностью и происхождением

Пластмассовые игрушки часто делаются из полипропилена

Коллектив учёных, в том числе из Института синтетических полимерных материалов РАН и МФТИ , выяснил, как «правильность» молекул полипропилена и способ обработки влияют на механические свойства конечного изделия. С  помощью этих знаний можно на стадии синтеза задавать материалу нужные свойства: от эластичности до твёрдости. Работа опубликована в журнале Polymer.


Помягче или пожёстче?

Полипропилен иногда называют «королём пластмасс», потому что он используется повсеместно. По  объёмам производства среди полимеров его обгоняет только полиэтилен. Из  полипропилена можно получать материалы с широким спектром свойств: от эластичных резинок до высокопрочного пластика, — немного меняя структуру молекул. Однако взаимосвязь между химическим строением и механическими свойствами по прежнему до конца не установлена.

Рисунок: полимерные цепочки. Красными кругами выделены кристаллиты

Полимерные материалы способны к метаморфозам благодаря их строению. Полимеры  — это длинные молекулярные цепочки, причём цепочки могут быть разной длины. Если материал представляет собой аморфную кашу из молекул, то он будет очень мягким. Но  части цепочек могут сцепляться и образовывать так называемые кристаллиты. Кристаллиты  — это участки, где атомы строго упорядочены, как в кристаллах. Кристаллиты служат узлами, скрепляющими цепочки, и чем их больше, тем прочнее сетка из цепочек и тем жёстче материал. Чтобы цепочки связывались, у структуры молекул должна быть определённая особенность.



Как тактично

Рисунок: три варианта тактичности: изотактичность, синдиотактичность и атактичность. Оранжевые и зелёные шарики обозначают CH3 и H.

Химическая формула полипропилена  — цепочка, звеньями которой служит пропилен  (пропен). А  пространственная структура молекулы определяется тем, как звенья расположены по отношению друг к другу. Если их «хвостики» CH3 смотрят в одну сторону, это называется изотактичностью , если по очереди смотрят то в одну, то в другую  — синдиотактичностью , а если никакой закономерности нет, говорят об атактичности . Изотактические участки хорошо скрепляются друг с другом, поэтому чем их больше, то есть чем выше изотактичность полипропилена, тем прочнее должен быть материал. Химики-синтетики могут получать полипропилен с определённой степенью изотактичности. Как именно связаны между собой изотактичность и механические свойства материала  — вопрос, который поставили перед собой авторы исследования.


Рисунок: Пентада полимера.



Установленный закон


Степень изотактичности полимеров измеряется процентным содержанием пентад. Пентада  — это изотактический участок молекулы, состоящий из пяти звеньев. Учёные изучали полипропилен с разной степенью изотактичности: 25, 29, 50, 72, 78, 82 и >95%. Из  этого полипропилена получали образцы в виде тонких плёнок толщиной 0,5–0,7  мм двумя способами: в одном случае расплавленный материал закаляли холодной водой, а в другом  — медленно остужали со скоростью 3 градуса в минуту. Полипропиленовые плёнки растягивали со скоростью 10  мм/мин с помощью специальной тестовой машины. На  основе механических тестов для каждого образца построили кривую деформации. Поведение образцов при деформации зависело от их изотактичности и предыстории. Эту закономерность учёные отобразили с помощью зависимости модуля упругости от степени кристалличности. Чем выше модуль упругости, тем неподатливее материал. Степень кристалличности  — это содержание кристаллитов в материале по отношению к аморфной части. Кроме этого, учёные показали, что у закалённых и медленно охлаждённых образцов кристаллиты находятся в разной форме.


Рисунок: график зависимости модуля упругости Е от степени кристалличности. Буквами Q и S обозначены закалёные и медленно охлаждённые образцы соответственно, M и ZN  — разные виды катализаторов, а числа  — степени изотактичности образцов.


«Многие пытаются улучшать свойства полипропилена, потому что отдача очень большая: его выпускают миллионами тонн. Можно чуть-чуть изменить структуру цепи или начальные условия и получить материал с необходимыми свойствами. Во  время синтеза можно задать структуру молекулы, но оказывается, что задавая структуру молекулы, вы задаёте свойства сетки, а задавая свойства сетки, вы задаёте свойства материала. Это самый главный вывод, который мы делаем в статье. Сейчас мы проделываем подобную работу над не менее популярным полимером  — полиэтиленом» ,  — комментирует автор статьи, преподаватель МФТИ и ведущий научный сотрудник лаборатории функциональных полимерных структур ИСПМ РАН Максим Щербина .


Работа выполнена в рамках гранта РНФ 14-13-01402.



 
По теме
Осенний бал - Управление образования Администрации Красногорского района 30 ноября 2018 года на базе МБДОУ №24 состоялся Осенний бал. Участниками события стали воспитанники МБДОУ №3, №24, №35, №37 и №38.
11.12.2018
7 декабря прошла защита итоговых аттестационных работ слушателей двух потоков программы профессиональной переподготовки «Проектная деятельность в органах государственной власти и органах местного самоуправления»,
10.12.2018
 
Общение боевых офицеров со школьниками в Старогородковской коррекционной школе-интернате имени А.В. Фурагиной - Новые рубежи Подарки и зрелищные творческие сюрпризы приготовили для ребят представители Благотворительного фонда "Порубежье", которые сегодня стали гостями Старогородковской коррекционной школы-интерната имени А.В.
10.12.2018
Учащиеся МОУ гимназии №7 приняли участие в фестивале детского творчества «Капелька неба». - Администрация г. Лыткарино          Учащиеся  МОУ гимназии № 7 и их педагоги Кузина Наталья Константиновна,Лищенко Натаван Алиевна,Сухова Надежда Николаевна  приняли участие в фестивале детского творчества «Капелька неба»,который был организован б
10.12.2018
Воспитатель года - Управление образования Администрации Красногорского района 1 ноября 2018 года в г.о. Красногорск стартовал конкурс профессионального мастерства «Педагог года Подмосковья - 2019» в номинации «Воспитатель года Подмосковья».
11.12.2018 Управление образования Администрации Красногорского района
Осенний бал - Управление образования Администрации Красногорского района 30 ноября 2018 года на базе МБДОУ №24 состоялся Осенний бал. Участниками события стали воспитанники МБДОУ №3, №24, №35, №37 и №38.
11.12.2018 Управление образования Администрации Красногорского района
Если ещё три-четыре десятка лет тому назад о роботах мы могли прочитать разве что в книгах продвинутых писателей-фантастов, то сегодня ими уже никого не удивишь.
08.12.2018 Куйбышевец
Подарки и зрелищные творческие сюрпризы приготовили для ребят представители Благотворительного фонда "Порубежье", которые сегодня стали гостями Старогородковской коррекционной школы-интерната имени А.В.
10.12.2018 Новые рубежи
Три дома сгорели ночью в городском округе Ступино - Ступинская панорама Фото:, Виктор Серединский Три дома сгорели ночью в городском округе Ступино, сообщил Ступинскому информагентству источник в Ступинском территориальном управлении силами и средствами ГКУ МО «Мособлпожспас».
10.12.2018 Ступинская панорама
Полицейские задержали ранее судимого 47-летнего уроженца одной из стран ближнего зарубежья, подозреваемого в совершении серии краж мобильных телефонов, говорится в сообщении пресс-службы ГУ МВД России по Московской области.
10.12.2018 Газета Реут
Внимание! Пропал человек! ОУР УМВД России по Сергиево-Посадскому району разыскиваются без вести пропавшие Дмитриевская Анастасия Александровна, 07.11.1982 г.р., урож.
10.12.2018 Газета Вперёд
Галерея ореховских художников: Константин Иноземцев - Орехово-Зуевская правда Орехово-зуевского художника Константина Иноземцева назвали в честь отца, имя Константина Денисовича Иноземцева в мире живописи хорошо известно, а уж в Астрахани, откуда он родом, его знает каждый: фронтовик,
10.12.2018 Орехово-Зуевская правда
Результаты рейтингования детских школ искусств в 2018 году - Министерство культуры МО В целях проведения независимой оценки качества дополнительного образования, основанной на самооценке результатов деятельности учреждений дополнительного образования сферы культуры,
10.12.2018 Министерство культуры МО
В Центральной районной библиотеке прошла встреча с учредителем издательского дома «Серебро Слов» Сергеем Антиповым (Москва) и генеральным директором издательства Денисом Минаевым (Коломна).
10.12.2018 Куйбышевец
С 7 по 9 декабря в Звенигороде прошел международный турнир по гандболу «Zvezda Hаndball Cup – 2018», который завершился победой хозяек – гандбольной команды «Звезда.
10.12.2018 Звенигородские ведомости
Воробьёв: Акцент – работа с жителями - РТВ-Подмосковье © Пресс-служба губернатора и правительства МО Губернатор Московской области Андрей Воробьёв провёл совещание с руководящим составом подмосковного правительства.
10.12.2018 РТВ-Подмосковье
В Красногосрке зажгли главную новогоднюю ель - Красногорский район Парад Дедов Морозов, зажжение огней на новогодней ели у ДК “Подмосковье”, интерактивная программа для детей и праздничный салют - в Красногорске состоялась акция “К нам приходит Новый год”.
09.12.2018 Красногорский район
Вадим Соков: Госжилинспекция выявила 1480 нарушений жилищного законодательства на минувшей неделе - Ленинская Шатура «С 3 по 7 декабря 2018 года в ходе проведения мероприятий по региональному государственному жилищному надзору и лицензионному контролю Госжилинспекция Московской области выявила 1480 нарушений жилищного законодательства.
10.12.2018 Ленинская Шатура