Как небольшая модификация молекулы позволила перерабатывать эпоксидные смолы 12 раз
рубрика: наука
Исследователи из Нью-Мексико модифицировали эпоксидную смолу, заменив мономер, и увеличили число возможных циклов её переработки с 2–3 до 12 раз. Благодаря этому термореактивные полимеры, используемые в самолётах и автомобилях, можно будет повторно использовать без существенной потери прочности.
Американские исследователи из Технологического института Нью-Мексико нашли способ значительно продлить жизнь эпоксидным смолам, которые обычно невозможно перерабатывать. Такие материалы (термореактивные полимеры) применяются в авиации, автопроме и защитных покрытиях благодаря высокой прочности — их молекулярные цепи при производстве сшиваются необратимо. Платой за это становится невозможность расплавить или изменить форму изделия после отверждения, поэтому отходы обычно оказываются на свалке или в печи.
Ученые смогли увеличить количество циклов вторичной переработки с традиционных 2–3 до 12 раз. В основе подхода лежит реакция Дильса — Альдера, которая даёт обратимые химические связи: при низких температурах они прочные, а при высоких — распадаются. Внедрив такие связи в структуру полимера, инженеры получили материал, который в обычных условиях остаётся жёстким, а при нагревании размягчается и позволяет придавать новую форму.
Один из авторов работы, Саманта Найт, сообщила, что модифицированная эпоксидная смола выдержала 12 циклов повторной обработки без заметной потери прочности и жёсткости. Проблема заключается в побочной реакции: при каждом нагреве выделяются реакционноспособные молекулы (малеимиды), которые при охлаждении должны заново соединяться с сеткой полимера. Однако часть малеимидов связывается друг с другом — образуются необратимые «тупиковые» связи. После 2–3 циклов их становится слишком много, и материал снова застывает намертво.
Исследователи обнаружили, что если добавить в молекулу малеимида этильные и метильные группы, нежелательная побочная реакция замедляется. Это даёт больше времени для изменения формы при высокой температуре, прежде чем появятся необратимые сшивки.
Инженер-химик из ExxonMobil Бхарат Венкатеш (не участвовавший в работе) отметил, что исследование хорошо показывает: ключевой вопрос — в увеличении допустимого числа жизненных циклов, чтобы технология стала экономически выгодной в промышленных масштабах.
Работа опубликована на платформе ScienceDirect в журнале Cleaner Materials (DOI: 10.1016/j.clema.2026.100395).
