Предложенная китайскими учеными стратегия включает разложение полиэтилена на олигомеры, которые затем соединяются по модулю с различными функциональными мономерами посредством динамических иминовых связей.
Это позволяет осуществлять индивидуальную настройку, обеспечивая множество функций, таких как огнестойкость, антистатические свойства, защита от ультрафиолетового излучения и возможность окрашивания. В то же время полученный материал обладает хорошей физической и химической пригодностью для вторичной переработки.
Полиэтилен, будучи одним из наиболее массово производимых и повсеместно применяемых полимеров, сталкивается с трудностями при функционализации и разложении из-за своей химической инертности. При этом большое количество отходов ПЭ оказывает негативное воздействие на окружающую среду.
Поскольку сам по себе полиэтилен не содержит активных функциональных групп, традиционные методы придания ему новых свойств основаны преимущественно на физическом смешивании, сополимеризации полярных мономеров или химической прививке, которые часто сталкиваются с такими проблемами, как плохая совместимость, сложность синтеза, ограниченная функциональность или снижение механических свойств.
Обеспечение высококачественной и многофункциональной вторичной переработки полиэтилена является важной задачей, стоящей в настоящее время перед цикличной экономикой пластмасс.
«Стратегия LEGO»
Для решения перечисленных проблем команда академика Ю-Чжун Вана предложила «стратегию LEGO», которая предусматривает модернизацию и переработку полиэтилена в два этапа. Сначала полиэтилен подвергается окислению и разложению на олигомеры с активными концевыми группами (ADOPE-CHO), а затем химически реконструируется с использованием различных функциональных модулей (таких как модули огнестойкости/защиты от ультрафиолетового излучения и модули антистатичности/окрашивания) с помощью динамических иминовых связей для получения многофункционального материала с динамической поперечной связью.
Многофункциональный материал с динамической сшивкой обладает превосходными механическими свойствами и стойкостью к растворителям. Предел прочности при растяжении достигает 27 МПа, что почти в 4 раза больше, чем у первичного исходного полиэтилена. В то же время он демонстрирует низкие показатели набухания и потери массы в большинстве растворителей.
Созданный огнестойкий и защищающий от ультрафиолета материал имеет предельный кислородный индекс до 27%, самозатухает на воздухе, а его пиковая скорость тепловыделения снижена до 73% по сравнению с исходным полиэтиленом.
При термическом разложении значительно подавляется образование горючих мелких молекул алканов, а также значительно улучшается их способность к образованию обугливания, при этом остаточная масса составляет до 33% при температуре 700 °C.
Полученный материал может образовывать устойчивый слой угля во время горения, обеспечивая таким образом теплоизоляцию и кислородную изоляцию. Кроме того, этот материал обеспечивает защиту от ультрафиолетового излучения в полном диапазоне частот.
Основываясь на динамических изменениях иминовых связей при термической стимуляции и их способности к диссоциации в кислых органических растворах, материал может быть физически вторично переработан с помощью нескольких термических процессов или химически переработан путем полного разложения в кислых условиях.
Отмечается, что «стратегия LEGO» обеспечивает высокую гибкость, позволяя осуществлять дальнейшую функционализацию в соответствии с конкретными потребностями, а также дает новое представление о функциональной модификации и вторичной переработке полиолефиновых полимеров.
Статья опубликована в виде научной статьи в открытом доступе в CCS Chemistry — ведущем журнале китайского химического общества Chinese Chemical Society.
