Наночастицы могут быть секретным ингредиентом в производстве лучших пластиков

Добавление наночастиц в некоторые распространённые виды пластика сделало их более устойчивыми к разрушению и, возможно, более удобными для обработки, что указывает на возможность создания более качественных материалов или упаковки.

Добавление наночастиц может стать решением проблемы, которая уже давно беспокоит производителей пластмасс, а именно: как создать материал, который будет одновременно прочным, жестким и простым в обработке?

Ху-Цзюнь Цянь из Цзилиньского университета в Китае и его коллеги называют это трилеммой пластика: если сделать полимер более прочным или более трудным для деформации, он, как правило, становится более хрупким или менее жестким, в то время как попытка улучшить оба этих свойства одновременно обычно делает материал более вязким и более трудным в обработке.

Чтобы обойти эту проблему, исследователи смешали наночастицы полистирола с несколькими распространёнными пластиковыми материалами. Например, они добавили наночастицы в ПЭМА — полимер, используемый для производства слуховых аппаратов и искусственных ногтей, акриловое стекло, используемое в аквариумах и очках, и ПВХ, используемый в строительстве и упаковке.

Команда провела серию испытаний полученных материалов, чтобы, например, определить, насколько они могут растянуться до разрыва. В целом, новые материалы показали превосходящие обычные результаты в различных испытаниях, иногда значительно: было обнаружено, что ПЭМА стал примерно на 50% прочнее после усиления наночастицами. «Это задаёт общий принцип разработки полимеров следующего поколения с ранее недостижимыми сочетаниями свойств», — говорит Цянь.

Чтобы лучше понять, почему добавление наночастиц оказалось столь полезным, исследователи также провели компьютерное моделирование новых материалов. В случае пластиков под нагрузкой моделирование показало, что наночастицы могут перемещаться и перераспределяться внутри материала, что позволяет ему деформироваться медленнее и плавнее, а не разрушаться. Их способность к перемещению также оказалась полезной для пластиков, которые легче текучи при расплавлении. Поэтому они стали прочнее, жёстче и технологичнее.

Цянь утверждает, что подход его команды совместим с существующими промышленными процессами и может быть масштабирован до больших объёмов. «Эта стратегия может произвести революцию в областях, требующих лёгких, прочных, износостойких и легкообрабатываемых материалов, таких как автомобильные и аэрокосмические композиты, экологичная упаковка, биомедицинские устройства и современные перерабатываемые пластики», — говорит он.

Physical Review Letters DOI: 10.1103/nm5z-2hxm

Источник: www.newscientist.com