Сайт научно-технического журнала «Инженерные системы. АВОК Северо-Запад»

Российские химики создали экопластмассу

Пластификаторы придают пластмассам нужные механические свойства, однако часто это весьма токсичные вещества. В обычную пластмассу (поливинилхлорид, ПВХ) в качестве пластификатора добавляют фталаты, которые разлагаются дольше, чем сам пластик, и отравляют почву. Ученые из РХТУ им. Д. И. Менделеева синтезировали функциональный аналог этих соединений, используя только природные компоненты, – биодизель, полученный из отходов сельскохозяйственных культур, богатых растительным маслом. Эксперименты показали, что ПВХ с такими экопластификаторами обладают хорошими механическими свойствами.

ПВХ – один из самых популярных видов пластмасс. Из него изготавливают трубки, шланги и множество других изделий – вплоть до грампластинок. Помимо самого полимера в состав пластмассы входят и другие соединения, выполняющие вспомогательные функции, например пластификаторы, которые придают изделиям из ПВХ эластичность и снижают их хрупкость на морозе. Сегодня в качестве пластификаторов ПВХ чаще всего используют различные соединения на основе фталатов. Они токсичны и очень плохо утилизируются: даже когда пластмасса почти полностью разложится, фталаты остаются стабильными и так уходят в землю и грунтовые воды, отравляя их.

Один из вариантов на замену фталатам в ПВХ – биодизель из водорослей и растений, богатых растительными маслами. После введения в него эпоксидных группировок получают продукт с хорошими пластифицирующими свойствами. Но до последнего времени в коммерческом плане эпоксидированные биодизели значительно уступали фталатам. Российские ученые решили модифицировать биодизель и использовать для этого чрезвычайно доступный реагент – кислород из атмосферного воздуха.

«Журнал, где вышла статья, очень любит работы, которые расширяют горизонт превращения, потребления, преобразования вот этих растительных масел, а я всю жизнь работал с эпоксидными соединениями и как раз недавно занимался их аэробным окислением. Поэтому и пришла идея модифицировать биодизель за счет аэробного окисления воздухом, – рассказывает главный автор работы, профессор РХТУ Валентин Сапунов. – В результате после окисления мы получили смесь, которая, с одной стороны, обладает пластифицирующими свойствами уже на уровне фталатов, а с другой – легко разлагается, нетоксична и получается в конечном счете из растительного сырья – такой зеленый пластификатор».

Синтез нового пластификатора проводят в два этапа. На первом берут жиры из растительных масел и с помощью химической реакции с метанолом получают смесь различных эфиров жирных кислот, которую называют биодизелем. Затем его фильтруют, очищают, а потом при температуре от 80 до 110 градусов по Цельсию биодизель окисляют атмосферным кислородом в течение 12-40 часов.

Исследователи провели серию экспериментов с различным сырьем (в работе использовали подсолнечное, оливковое и льняное масло) и условиями синтеза: они проанализировали составы полученных смесей, а также их вязкость и пластифицирующие свойства. Оказалось, что в процессе окисления эпоксидные соединения в составе биодизеля постепенно превращаются в различные диэфиры, что улучшает пластифицирующие свойства смеси. Оптимальные характеристики показала смесь на основе льняного сырья: ПВХ с использованием этого пластификатора по своим характеристикам не уступал ПВХ с фталатами.

«Основной материал мы получили, а теперь, чтобы сделать его конкурентоспособным, нужно еще немного повозиться с его качеством – цветностью, летучестью. Например, чтобы материал был коммерчески приглядным, он должен быть прозрачным как слеза, абсолютно бесцветным, – комментирует Валентин Сапунов. – Мы работаем вместе с заводом в подмосковном Рошале, производящим биодизель, и они постоянно ищут новые направления, а их хрустальная мечта – это как раз сделать пластификатор на основе биодизеля. Так что для испытания нашей технологии уже есть производственные мощности».

Ученые считают, что новый пластификатор можно использовать не только для ПВХ, но и для других пластмасс, и сейчас ведут дополнительные работы по оптимизации синтеза. Исследователи ищут способ получения диэфиров со сходным функционалом пластификаторов не из эпоксидных соединений, а другими путями, поскольку при аэробном окислении эпоксидных соединений образуется много ненужных веществ.

РХТУ им. Д. И. Менделеева – опорный университет химической отрасли России, работа которого направлена не только на получение новых знаний, но и на внедрение их в промышленность. Исследование проведено сотрудниками кафедры химической технологии основного органического и нефтехимического синтеза.