Архангельские ученые создали рецепт стойкой к ультрафиолету пластмассы

Полученные ими полимерные композиты помогут увеличить срок службы приборов и оборудования, работающих на открытом воздухе

В исследовании ученых Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова (САФУ) речь идет о пластмассе, используемой в 3D-печати при создании изделий аддитивными технологиями, то есть методом наращивания одного слоя за другим. Таким способом создают детали при срочных ремонтах на судах, нефтяных платформах, месторождениях в трудодоступных районах. Но под действием ультрафиолета эти детали могут разрушаются. Ученые САФУ доказали, что добавление пяти процентов лигнина при изготовлении нити для 3D-печати из ABS-пластика делает изделия более устойчивыми к ультрафиолету.

Работу проводила группа ученых центра коллективного пользования научных оборудованием «Арктика» САФУ в рамках исследования аспиранта Ильи Гришановича. Они работали с ABS-пластиком, используемым в автомобильной промышленности, в производстве инструментов, оптических приборов. Добавляли в него малоизмененный лигнин Пеппера и технический сульфатный лигнин. Первый был получен из ксилемы (проводящей ткани) березы в лаборатории, второй осажден из черного щелока, поставляемого АЦБК.

Полученные из смеси ABS и лигнина композиты облучали ультрафиолетом наряду с нитями без добавок. Эксперимент показал, что лигнин действительно поглощает ультрафиолет.

Илья Гришанович, аспирант САФУ:
«Мы обнаружили две новые корреляции в композите (смесь ABS-пластика и лигнина) после ультрафиолетовой обработки, и их отсутствие в ЯМР спектрах чистого АБС и АБС с добавками до ультрафиолетовой обработки, что позволило подтвердить наличие нового продукта фотодеградации композита».

Как пояснил автор исследования, повышение стойкости изделия из новой пластмассы к ультрафиолету достигается за счет поглощения большей части излучения хромофорами и ароматическими кольцами лигнина. При этом сульфатный лигнин показывает лучшие защитные свойства, чем малоизмененный лигнин Пеппера. Присутствие лигнина замедляет увеличение модуля Юнга, что доказывает УФ-защитный эффект.

Включение жестких фрагментов лигнина в структуру пластика вызывает снижение его прочности. Ученые определили, что оптимальная доля лигнина в пластике не должна превышать пять процентов. Для этого коллективом были проведены исследования на прочностные свойства композита с разным содержанием лигнина.

Наблюдение за новым видом пластмассы показало, что в нем возникают новые продукты взаимодействия композита и ультрафиолета, то есть лигнин частично принимает на себя удар. Значит, добавление этого вещества в АБС-пластик, замедляет фотодеградацию, но не останавливает ее.

Ультрафиолетовое излучение оказывает значительное влияние на приборы и оборудование, работающее на открытом воздухе. Оно проникает во внутреннюю структуру полимерных материалов, разрушая двойные углерод–углеродные связи. Появление новых стойких к ультрафиолету материалов может увеличить срок службы этой техники.

Открытие ученых САФУ может перевести лигнин из категории отходов целлюлозно-бумажной промышленности в категорию сырья для 3D-печати и прочих пластиковых изделий.

Ученые уже приступили к 3D-печати фигур из лигнинсодержащих нитей.

Ранее портал POLY&PRO сообщал, что исследователи из «Красноярского научного центра СО РАН» совместно с коллегами из Китая с помощью лигнина снизили кристаллизацию биополимера – ксилана.

Narfu.ru.