Разработан инновационный способ получения устойчивых к растрескиванию латексных пленок

Синтетические полимерные материалы, такие как пластмассы и каучуки, стали повсеместно использоваться в нашей повседневной жизни.

Поэтому очень важно обеспечить их безопасность, долговечность и экологичность. Это особенно актуально для синтетических латексных пленок, которые широко используются в упаковке, биомедицине и электронике.

Но что же такое синтетические латексные пленки? Проще говоря, это разновидность пленок на основе наночастиц, которые получают путем высушивания смеси полимерных наночастиц и воды. По мере испарения растворителя наночастицы становятся все более плотными, пока, наконец, взаимодействие между полимерными цепочками на границах наночастиц не создает целостную пленку. К сожалению, полученные таким образом латексные пленки непрочны. В большинстве случаев для улучшения механических свойств конечного продукта в исходную смесь необходимо добавлять органические растворители и наполнители. Эти добавки не только дороги, но и вредны для окружающей среды.

К счастью, группа исследователей из Японии под руководством доцента Дайсуке Сузуки из университета Синсю недавно разработала инновационный способ получения прочных и устойчивых к растрескиванию эластичных латексных пленок на основе наночастиц без использования подобных добавок.

В работе, размещенной в Интернете 16 июня 2023 г. и опубликованной в журнале Langmuir 4 июля 2023 г., приняли участие Юма Сасаки из университета Синсю и профессор Тосикадзу Таката из университета Хиросимы.

Ключевым моментом в их работе стала новая молекулярная структура, известная как ротаксан, состоящая из двух основных компонентов — кольцеобразной молекулы и линейной молекулы-»оси». Кольцеобразная молекула продевается через осевую молекулу, которая впоследствии оказывается в механической ловушке благодаря форме окончаний оси.

Исследователи использовали этот механизм блокировки в ротаксане, заставив кольцеобразную молекулу химически связываться с одной полимерной цепью, а молекулу-ось — с другой. Далее с помощью стандартной ультразвуковой обработки и последующей полимеризации были приготовлены смеси воды и полимерных наночастиц, которые, в свою очередь, были использованы для получения латексных пленок. Эксперименты по растяжению этих пленок показали, что стратегия, основанная на использовании ротаксана, позволила получить ряд замечательных свойств.

В отличие от обычных эластичных полимеров на основе наночастиц, латексные пленки, состоящие из наночастиц, сшитых ротаксаном, демонстрировали необычное поведение при распространении трещин, — поясняет доктор Сузуки.

Направление распространения трещины изменилось с параллельного на перпендикулярное, что привело к увеличению сопротивления разрыву.

Новый подход к изготовлению латексных пленок имеет много преимуществ по сравнению с традиционными методами. Самое главное — для достижения приемлемой жесткости пленки не требуется никаких токсичных добавок. Кроме того, поскольку требуется лишь небольшое количество ротаксана, общая масса пленок может быть минимальной при сохранении гибкости. Предлагаемые латексные пленки также являются экологически чистыми.

Они разлагаются и могут быть легко разобраны на отдельные наночастицы простым замачиванием их в экологически чистом органическом растворителе, например, в водном растворе этанола, — подчеркивает доктор Судзуки.

При испарении раствора эти наночастицы могут вновь образовать пленку. Таким образом, результаты данного исследования могут помочь в создании высокопрочных и пригодных для вторичной переработки материалов.

В целом группа исследователей рассчитывает, что их работа расширит возможности для создания новых полимерных пленок без добавок. Такие материалы можно будет сделать биосовместимыми и использовать не только в упаковке, промышленных покрытиях и клеях, но и в биотехнологиях и медицине.

Мы надеемся, что будущее, наполненное такими экологически чистыми материалами, наступит уже в ближайшее время!

12.07.2023