Исследователи из Курчатовского института, ИСПМ РАН и ИНЭОС РАН предложили технологию создания нанокомпозитов на основе кремнийорганических каучуков. Активные наполнители со структурой "ядро-оболочка", которые были использованы и как сшивающие агенты, позволили не только превратить каучук в резину, но и значительно улучшили механические свойства получившихся материалов.
Нанокомпозиты на основе кремнийорганических каучуков начали создавать довольно давно – даже до того, как само понятие “нанокомпозит” вошло в научный обиход. Добавление аэросила (синтетического диоксида кремния в виде порошка с очень малым размером частиц), повышало прочность получающихся резин не просто в разы, а на порядки! Кремнийорганические резины более тепло- и атмосферостойкие, чем традиционные, устойчивы к действию озона и ультрафиолета. Однако при их изготовлении возникают сложности. Одна из проблем — частицы аэросила активно взаимодействуют друг с другом и слипаются, образуя “комочки” разного размера. Из-за этого структура резины может получиться неоднородной, что отрицательно повлияет на прочность. Поиски более “удобных” наполнителей велись на протяжении 40 лет, причем начало положили работы коллектива ученых под началом Джеймса Марка — всемирно известного специалиста в области физической химии полимеров.
Нашим коллегам удалось добиться успеха: они смогли получить уникально равномерное распределение наполнителя в композите. В качестве наполнителя выбрали MQ-смолы. В центре этих соединений — жесткое ядро на основе диоксида кремния (Q-группа), которое обрамлено гибкими цепями из кремния, кислорода и метила (так называемыми М-группами). Эта "оболочка" не дает ядрам слипаться, как происходит с частицами аэросила.
"Прелесть процесса заключается в том, что мы можем достаточно легко размешать MQ-смолы в жидком каучуке и получить резину. С производственной точки зрения это очень выгодно. Кроме того, варьируя содержание наполнителя и его структуру — соотношение между размерами ядра и оболочки, можно получить широкий спектр свойств материала, — комментирует Сергей Крашенинников, научный сотрудник отдела нанобиоматериалов и структур Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий. — Например, сформировать изделие даже в виде нити, что вообще-то нетипично для кремнийорганических резин".
В частности, испытания показали, что полученные нанокомпозиты быстро восстанавливаются после снятия механической нагрузки: это важно для их применения в циклических процессах, где происходит многократное растяжение-сжатие.
"Для меня MQ-смолы – один из самых любимых объектов, – комментирует Иван Мешков, старший научный сотрудник лаборатории синтеза элементоорганических полимеров ИСПМ РАН. – Им более 70 лет, и все это время они использовались в качестве универсальных добавок, регулирующих, например, такие свойства композиций как липкость. Сейчас, разобравшись с тем, как устроены MQ-смолы, мы стали вполне осознанно искать новые области их применения. Это возможно лишь при последовательном углублении в проблему с использованием самого современного оборудования, которое есть у коллег из Курчатовского института. И отдача здесь будет принципиально другая: с новым знанием мы не просто улучшаем конкретный материал, но и получаем принцип, как делать многие другие".