Исследователи из Японии подготовили синтетический каучук, который обладает той же прочностью на растяжение, что и натуральный каучук, что имеет значение для мировой резиновой промышленности и позволяет снизить зависимость от этого важного природного материала. Снижение зависимости от натурального каучука
Натуральный каучук имеет множество применений, включая радиальные шины, уплотнения и прокладки в автомобилях, напольные покрытия, одежду, клеи, покрытия, антивибрационные прокладки и крепления, ластики, резиновые прокладки, плавучие устройства, воздуховоды, шланги, накладки и звукопоглощающие материалы. проверочные материалы. Растения являются источником натурального каучука, причем бразильское каучуковое дерево Hevea brasilensis является основным коммерческим источником. Каучук используется более чем в 40 000 коммерческих продуктов.
Резина обладает привлекательными свойствами, такими как упругость, эффективное рассеивание тепла, эластичность, ударопрочность, превосходная электроизоляция и стойкость к истиранию. Синтетические каучуки, несмотря на то, что они были исследованы в последние десятилетия, не могут легко имитировать свойства и характеристики натурального каучука.
Однако, несмотря на свою полезность, добыча и переработка натурального каучука наносят огромный ущерб окружающей среде. Каучуковые плантации являются серьезной причиной обезлесения и социальных проблем в уязвимых сообществах. Кроме того, отсутствие биоразнообразия ресурсов приводит к ненадежности поставок из-за таких факторов, как сокращение посевных площадей и потенциальный неурожай. Альтернативные природные источники были исследованы в последние десятилетия. Сокращение зависимости от натурального каучука является ключевым направлением для исследователей.
Исследования структуры и биосинтеза натурального каучука
Похожие истории
Натуральный каучук - история и развитие производства натурального каучука
Тестирование показывает, что биомиметический синтетический каучук дает впечатляющие результаты по сравнению с натуральным каучуком
Твердомеры и машины для определения твердости от Zwick для различных материалов и сред, включая испытания на месте
С начала девятнадцатого века структура натурального каучука изучалась и анализировалась многими исследователями. Ранние исследования были сосредоточены на первичной структуре натурального каучука.
Более поздние исследования показали, что каучук представляет собой нанокомпозит. Его основным компонентом является цис -1,4-полиизопропен с второстепенными некаучуковыми компонентами, такими как белки и липиды. Исследования показали, что вулканизация натурального каучука включает роль некаучуковых компонентов посредством взаимодействия между белками и ионами цинка.
Реакции и расслоение фаз при биосинтезе вызывают образование в натуральном каучуке нанофазно-разделенной структуры. Структура состоит из частиц натурального каучука диаметром около 1 мкм и матрицы некаучуковых компонентов толщиной несколько десятков нанометров. Производство синтетического каучука на основе природного биосинтеза на каучуковых заводах
Представляя свои исследования в ACS Applied Polymer Materials , группа ученых разработала синтетический каучук, идентичный натуральному каучуку. Процесс синтеза вдохновлен биосинтезом натурального каучука и процессом, который формирует то, что исследователи назвали «островно-наноматричной структурой», что относится к размеру матрицы в несколько десятков нанометров.
В своих исследованиях авторы химически прикрепили наночастицы к частицам синтетического каучука размером ~ 1 мкм, диспергированным в воде. За этим процессом следовали стадии коагуляции и сушки. Авторы отдавали предпочтение органическим наночастицам из-за органической природы белков. Прививочная полимеризация при низких температурах подходящего мономера, являющегося предшественником полимера, обладающего относительно высокой температурой стеклования, на частицах каучука способствовала прикреплению органических наночастиц.
В качестве источника исследователи использовали синтетический цис -1,4-полиизопрен, который содержал не менее 98,5% цис -1,1-изопрена. Материал готовили методом полимеризации в растворе. Синтетический материал растворяли в летучих веществах с последующим эмульгированием с водой и этапами выпаривания растворителя для создания синтетического латекса. Исследователи стабилизировали латекс, покрыв частицы цис -1,4-полиизопрена канифолью с последующей заменой додецилсульфатом натрия непосредственно перед привитой сополимеризацией стирола.
Конверсия стирола при привитой сополимеризации при комнатной температуре оказалась недостаточной, всего 15 %, лишь незначительно увеличиваясь при увеличении концентрации инициатора. Это было заметно ниже целевого уровня конверсии 80%. Присутствие канифоли ингибировало привитую полимеризацию. Повышение температуры инкубации до 90 o C решило эту проблему.
Результаты исследования
Авторы заметили, что синтетический каучук обладает механическими свойствами, идентичными натуральному каучуку. Для визуализации наноструктуры приготовленного синтетического каучука была использована ТЭМ, которая показала, что это та же островково-наноматричная структура натурального каучука. Анализ напряжения-деформации показал, что когда синтетический каучук содержит эту структуру, механические свойства материала идентичны свойствам натурального каучука.
Кроме того, результаты исследования показали, что оптимальное время вулканизации для этого синтетического каучука было таким же, как и для его натурального аналога. В целом результаты этих исследований свидетельствуют о синтезе синтетического каучука, который решает традиционные проблемы, связанные с его производством.