Исследователи из Казани разработали добавку к АБС-пластикам

Наночастицы, синтезированные учеными КФУ, превращают полимеры в уникальные материалы, которые могут быть переработаны после окончания срока службы изделия из них

Ученые кафедры неорганической химии Химического института им. А.М. Бутлерова Казанского федерального университета (КФУ) синтезировали магнитные наночастицы борида кобальта для модификации АБС-пластиков. Добавка к промышленному термопластичному полимеру позволяет получать композиты на его основе с заданными механическими, магнитными и диэлектрическими свойствами.

Исследование поддержано грантом Российского научного фонда «Мультифункциональные материалы для целевой модификации промышленно выпускаемых термопластов». Метод синтеза магнитных наночастиц борида кобальта, разработанный учеными КФУ, представлен в статье в журнале Polymers

Артур Ханнанов, руководитель проекта, доцент кафедры неорганической химии КФУ:
«Боридные частицы кобальта обычно получают при температуре 500–900 градусов Цельсия, что делает его производство достаточно дорогим. Мы разработали новый низкоэнергетический подход, который позволяет получать частицы борида кобальта при комнатной температуре».

Полученные химиками вуза магнитные наночастицы предназначены для получения композитов с заданными свойствами на основе промышленного термопластика акрилонитрил-бутадиен-стирола (АБС).

В ходе исследования изучалось влияние различных концентраций наночастиц на физические, механические, магнитные и диэлектрические свойства получаемых композитов. Учеными было установлено, что изменение концентрации наночастиц в композите АБС позволяет контролировать температуру стеклования материала в диапазоне от 107,5 до 112 градусов Цельсия. Кроме того, композиты, созданные таким образом, демонстрируют суперпарамагнитное поведение, которое изменяется линейно в зависимости от концентрации наночастиц. Несмотря на то, что диэлектрическая проницаемость композита остается близкой к значению чистого АБС, с увеличением содержания наночастиц наблюдается сдвиг максимума диэлектрической проницаемости в сторону более низких частот.

По утверждению Артура Ханнанова, разработанный его научной группой наноматериал позволяет не только улучшить механические, магнитные и диэлектрические свойства композитов, но и расширяет возможности применения АБС в различных областях.

Артур Ханнанов:
«Мы научились при помощи наночастиц контролировать такие характеристики пластика, как температура стеклования и стойкость к окислению, что позволяет более тонко «настраивать» полученные из него изделия и увеличивает количество циклов переработки этого пластика, что делает его более экологичным».

Ученый отметил, что обычно для улучшения свойств пластиков используют целый комплекс различных добавок: одни отвечают за термоокислительную стабилизацию, другие – за магнитные свойства, а третьи – за диэлектрические, и так далее. Ученым КФУ удалось создать материал, выполняющий сразу несколько функций, с помощью которого можно регулировать все эти свойства одновременно.

По словам химика, модифицированные АБС-пластики благодаря прекрасным диэлектрическим свойствам и способности выдерживать высокие температуры могут использоваться для производства изоляционных материалов, электронных компонентов, таких как корпуса для микросхем и других устройств, где требуется высокая теплостойкость и устойчивость к окислению. Возможность контроля температуры стеклования и механических свойств композитов делает их подходящими для создания высокопрочных и долговечных филаментов для 3D-печати, используемых в создании сложных конструкций и прототипов.

Поскольку композитные материалы обладают магнитными свойствами, из них можно создавать контролируемые с помощью магнитного поля роботизированные системы. Они нужны для автоматического управления промышленными процессами. Как пояснил Артур Ханнанов, подобные системы есть, но они обычно выпускаются на основе более дорогих полимерных материалов. Ученые КФУ смогли создать из рутинного пластика материал, выполняющий те же функции.

Химик также акцентировал внимание на экологических преимуществах новых композитов на основе АБС с добавлением наночастиц борида кобальта.

Артур Ханнанов:
«Они связаны прежде всего с возможностью вторичной переработки и повторного использования материалов. АБС является одним из наиболее распространенных полимеров, который легко поддается переработке и повторному использованию. Добавление наночастиц не ухудшает эту способность, что позволяет создавать композиты, которые могут быть переработаны после окончания срока службы продукта. Это снижает количество отходов и уменьшает потребление природных ресурсов».

Ранее портал POLY&PRO сообщал, что ведущий научный сотрудник Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова Наталья Черкашина удостоена премии президента РФ за разработку материалов и технологии защиты космонавтов и их аппаратуры от космической радиации.

Kpfu.ru.