40 лет предсказание о «смешивании» пластиков подтвердилось впервые

Ученые из Сеульского национального университета впервые экспериментально подтвердили эффект, который предсказывали только в теории на протяжении 40 лет. Группа под руководством профессора Со Юн Ким вместе с командой профессора Кён Тэк Кима выяснила: смешивание пластиковых слоев можно усилить, просто изменив форму молекул с линейной на кольцевую, не меняя химический состав. Об этом рассказывает сайт Phys.org.

В исследовании сравнивали линейные и кольцевые полимеры с одинаковой молекулярной массой. Когда два линейных полимера соединялись, ширина межфазного смешивания составляла 1,9 нм. После замены одного полимера на кольцо она выросла до 5,0 нм — примерно в 2,6 раза. Анализ эффективного параметра взаимодействия показал: воздействие кольцевой формы в 22 раза сильнее эффекта от простого удвоения длины цепи.

Результаты подтверждают существование «полимерной энтропии» и эффекта «протягивания», который в 1986 году предсказали Катес и Дойч. Тогда теоретики предположили, что нить, проходящая через колечко, добавит конфигураций и улучшит смешивание несовместимых полимеров, из-за чего слои в упаковке не расслаивались. Теперь этот механизм впервые удалось увидеть прямо на границе реальных полимерных слоев.

Для этого химики синтезировали чистый кольцевой полилактид — биодеградируемый полимер — и измеряли смешивание на нейтронном рефлектометре REF-V реактора HANARO Корейского института атомной энергии. Чтобы исключить посторонние факторы, сравнивались полимеры одинаковой длины и было подтверждено, что смешивание достигло равновесия, а не его результат зависит от специальной метки для анализа.

В отличие от традиционных совместителей — химических добавок, улучшающих склеивание, — здесь топология самой молекулы усиливает смесимость без изменений в составе. Ученые надеются, что после проверки на большем ассортименте полимеров и условиях производства подход поможет улучшить упаковочные пленки, вторичное сырье и биопластики. Авторы считают работу первым наблюдением этого эффекта, предполагаемого 40 лет назад, и планируют распространить его на промышленные материалы