Полимер улучшили нанопорами

Российские ученые предложили экологически чистый способ создания мезопористых полимерных материалов, которые широко применяются в качестве сорбентов, фильтров, мембран для разделения газов, а также при разработке систем доставки лекарств. Новый метод поможет изготавливать механически прочные материалы, не уступающие по качеству уже имеющимся. Данный подход экологически безопасен, прост в исполнении и может быть использован в промышленных масштабах. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Membranes.

Мезопористым называется материал, структура которого характеризуется наличием полостей и каналов диаметром 2‒50 нанометров. Мезопористые органические материалы широко применяются в химии, промышленности и медицине. На их основе создают продукты особого назначения, включая системы доставки лекарств, сорбенты для очистки воды от разливов нефти и мембраны.

Уникальный комплекс свойств мезопористых материалов обеспечивается благодаря их высокоорганизованной и упорядоченной фибриллярно-пористой структуре с наноразмерными порами. Их получают в ходе межкристаллитного крейзинга: частично кристаллические полимеры подвергают действию напряжения, которое вызывает появление пор и самоорганизацию аморфной фазы исходного вещества. Это происходит потому, что раздвигаются кристаллические ламели — своеобразные стопки кристаллических пластин.

Особое внимание привлекают пористые материалы на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, который разрешен к использованию в контакте с человеческим организмом. Они характеризуются высокой стабильностью формы и химической стойкостью, однако их получение представляет собой сложную научную и технологическую задачу. Переработка и модификация трудны: растворы и расплавы очень вязкие, а также приходится использовать токсичные растворители.

Сферы применения мезопористых материалов.

Arzhakova et al. / Membranes, 2021

Ученые из МГУ и РЭУ впервые предложили безопасный и экологически чистый способ создания мезопористых материалов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена. В основе лежит деформирование полимера в присутствии двухфазной эмульсии типа «масло-в-воде» по механизму межкристаллитного крейзинга. По своим характеристикам (паропроницаемость, теплоизоляционные свойства, гидроизоляционные свойства и прочность) полученные мезопористые материалы не уступают своим коммерческим аналогам из традиционных полимеров, включая полиэтилен и полипропилен.

«Предложенный нами подход очень эффективен, прост в исполнении и безопасен для внедрения в производство. К его несомненным преимуществам следует отнести возможность быстрого масштабирования, а также применения для структурно-механической модификации полимерных пленок, волокон и лент. В дальнейшем наши исследования будут посвящены созданию инновационных гибридных органо-неорганических нанокомпозиционных материалов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена с целым комплексом ценных функциональных свойств, отвечающих вызовам XXI века», — рассказывает Ольга Аржакова, заведующая лабораторией, доцент, кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории структуры полимеров химического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова.

По материалам пресс-службы Российского научного фонда