Простая замена мономера продлевает срок переработки эпоксидных смол, из которых делают крылья самолетов, детали автомобилей, а также защитные покрытия и которые являются термореактивными полимерами, то есть материалами, молекулярные цепочки которых в процессе производства необратимо соединяются друг с другом.
Однако за такую прочность приходится платить: после застывания их нельзя расплавить и изменить форму. Поэтому большинство из них оказываются на свалках или в мусоросжигательных печах.
Исследователи из горно-технологического института Нью-Мексико (New Mexico Institute of Mining and Technology) смогли увеличили количество циклов переработки термореактивных полимеров с традиционных 2–3 раз до 12 раз. Согласно расчетам, термореактивные полимеры, пригодные для вторичной переработки, можно получить с помощью реакции Дильса — Альдера, при которой две молекулы образуют прочную связь при низких температурах и распадаются при высоких.
Возможность вторичной переработки обратимых полимерных сетей после 12 циклов переработкиИзображение: Elsevier B.V.
Используя эти обратимые связи в качестве поперечных сшивок в термореактивных полимерах, инженеры-химики могут создать материал, который при нормальных условиях остается жестким, но при нагревании размягчается, и ему можно придать новую форму.
«Мы смогли провести повторную обработку нашей модифицированной эпоксидной смолы 12 раз без существенной потери прочности и жесткости», — говорит автор исследования Саманта Найт (Samantha Knight).
При каждом цикле нагревания высвобождаются небольшие реакционноспособные молекулы, называемые малеимидами, которые при охлаждении должны снова соединяться с молекулярной сетью. Однако некоторые из этих малеимидов связываются друг с другом, образуя необратимые связи. После двух-трех циклов таких «тупиковых» связей образуется так много, что материал снова становится жестким.
Исследователи обнаружили, что добавление этильных и метильных групп в молекулу малеимида замедляет нежелательную побочную реакцию, давая больше времени на изменение формы материала при высоких температурах до образования необратимых связей.
«Эта работа — хорошая демонстрация того, что все зависит от увеличения допустимых сроков переработки или количества возможных жизненных циклов. Экономика должна быть рентабельной в масштабах производства», — говорит Бхарат Венкатеш (Bharath Venkatesh), инженер-химик из ExxonMobil, не принимавший участия в исследовании.
Результаты исследования Recyclability of reversible polymer networks over a Dozen reprocessing cycles опубликованы на онлайн‑платформа с научным контентом ScienceDirect (Cleaner Mater. DOI: 10.1016/j.clema.2026.100395)