В «Сириусе» на научно-технологической программе «Большие вызовы» участники одной из команд изучали свойства «умных» материалов с перестраиваемой полимерной матрицей. Такие материалы могут изменять свойства в зависимости от различных внешних воздействий – температуры, света, магнитного поля и так далее. Сегодня такие «умные» материалы могут совершить настоящий прорыв в различных областях промышленности.
На программе одна из команд создавала образцы композитного материала на основе эпоксидных витримеров. Это новая разновидность пластика – твердого и прочного при низкой температуре, но способного к переформированию при высоких температурах. Использование различных механизмов изменения топологии витримера позволяет материалам обретать и другие преимущества, такие как биоразлагаемость или возможность химической переработки. Потенциальные сферы применения витримеров – защитные покрытия, а также основы для бионических протезов и печатных плат.
Наставниками проекта выступили эксперты Томского политехнического университета. Они предложили участникам программы синтезировать эпоксидные витримеры с использованием различных отвердителей и проверить уникальность полученных материалов.
На программе одна из команд создавала образцы композитного материала на основе эпоксидных витримеров. Это новая разновидность пластика – твердого и прочного при низкой температуре, но способного к переформированию при высоких температурах. Использование различных механизмов изменения топологии витримера позволяет материалам обретать и другие преимущества, такие как биоразлагаемость или возможность химической переработки. Потенциальные сферы применения витримеров – защитные покрытия, а также основы для бионических протезов и печатных плат.
Наставниками проекта выступили эксперты Томского политехнического университета. Они предложили участникам программы синтезировать эпоксидные витримеры с использованием различных отвердителей и проверить уникальность полученных материалов.

«Витримеры – это новый класс полимерных материалов. Они одновременно сочетают в себе свойства других известных нам видов пластмасс – термопластов и реактопластов. Термопласты очень распространены в разных сферах производства, но у них есть недостаток – им не хватает термической устойчивости и механической прочности. Реактопласты обладают высокой механической прочностью и термоустойчивостью, но абсолютно не пригодны для повторной переработки из-за своей сетчатой молекулярной структуры. Витримеры демонстрируют уникальное сочетание высоких прочностных свойств и возможности их повторной переработки», – объясняет особенности исследуемых материалов один из руководителей проекта, доцент отделения химической инженерии Томского политехнического университета Людмила Сорока.
В рамках проекта участники команды самостоятельно синтезировали биосновный отвердитель и рассмотрели безотходную технологию его получения. Кроме того, экспериментировали с разными соотношениями эпоксидной смолы, отвердителей и катализатора, чтобы понять, как те или иные компоненты или их соотношение, меняют свойства витримеров. Например, команда определила, что введение такого отвердителя, как себациновая кислота, улучшает пластичность, а использование синтезированного ими отвердителя повышает такой показатель, как прочность на разрыв.
В рамках проекта участники команды самостоятельно синтезировали биосновный отвердитель и рассмотрели безотходную технологию его получения. Кроме того, экспериментировали с разными соотношениями эпоксидной смолы, отвердителей и катализатора, чтобы понять, как те или иные компоненты или их соотношение, меняют свойства витримеров. Например, команда определила, что введение такого отвердителя, как себациновая кислота, улучшает пластичность, а использование синтезированного ими отвердителя повышает такой показатель, как прочность на разрыв.

«Таким образом, по итогам экспериментов удалось получить целых ряд витримеров, обладающих различными свойствами. Мы сравнивали структуру полученных витримеров с помощью сканирующего электронного микроскопа и выяснили, что они обладают более упорядоченной структурой по сравнению с отвержденными эпоксидными смолами. Или, например, опыт, проведенный на универсальной испытательной машине, показал, что использование себациновой кислоты и увеличение количества катализатора может значительно улучшить пластичность материала. Еще мы научились проводить и анализировать результаты термогравиметрического анализа. Полученные материалы начинали разрушаться только при температурах свыше 450 градусов Цельсия», – рассказывает одна из участниц программы, школьница из Томска Анастасия Коновалова.

Итоги работы над проектом уже обобщены. Участники успели проверить материалы на водо- и химическую стойкость, а также получить образцы гибкого токопроводящего композиционного материала, что еще больше расширяет область использования эпоксидных витримеров. Часть команды настолько увлеклась исследованиями, что планирует продолжать изучать и внедрять эти уникальные материалы самостоятельно.