Китайские исследователи разработали биополиэфирный нанокомпозит, превосходящий нефтяные пластмассы по основным характеристикам

Команда исследователей под руководством профессора Чжу Цзиня из Нинбоского института техники и материаловедения при Китайской академии наук (КАН) разработала инновационный биокомпозит из полиэфира с отличными рабочими характеристиками и возможностью вторичной переработки.

Биологически возобновляемые материалы имеют перспективы в замене традиционных пластмасс, предлагая экологически чистое решение для энергетического кризиса и проблем загрязнения планеты. Особенно полиэфиры, созданные на основе 2,5-фурандикарбоновой кислоты (FDCA), рассматриваются как отличные кандидаты для получения устойчивых и перерабатываемых упаковочных материалов.

Однако свойства этих биополиэфиров пока что отстают от пластмасс на нефтехимической основе, главным образом из-за ограничений в молекулярной и микроструктурной конструкции.

Чтобы преодолеть это ограничение, учёные применили двумерные нанолисты MXene с целью инкапсулирования одномерных углеродных нанотрубок (УНТ), что позволило создать сложные гетероструктуры MXene@CNT с улучшенной дисперсией и устойчивостью структуры. Эта инновационная гетероструктура MXene@CNT служит катализатором, нуклеатором и усилителем межфазного взаимодействия для полиэфиров.

С помощью внедрения сложной структуры MXene@CNT в матрицу биополимера бутиленфурандикарбоксилата (PBF) был получен нанокомпозит MXene@CNT/PBF (MCP) с использованием каталитической полимеризации и горячего прессования.

Благодаря многослойной структуре рассеивания энергии, MCP продемонстрировал выдающиеся механические свойства: прочность около 101 МПа, жесткость примерно 3,1 ГПа и вязкость порядка 130 МДж/м³.

Сравнивая с большинством коммерческих биоматериалов и пластмасс, MCP проявляет стойкость к ультрафиолетовому воздействию, растворителям и улучшенные барьерные характеристики для O₂, CO₂ и H₂O. Важно, что нанокомпозит сохраняет 90% своей прочности даже после пяти циклов переработки.

Рассмотренная в данном исследовании методика совмещения катализаторных и межфазных усиливающих стратегий создает основу для разработки эффективных полиэфирных материалов. Этот многоцелевой биокомпозит MCP представляет собой стоящую экологическую замену пластмассам на основе нефти для упаковки и инженерных применений, что способствует продвижению цели нейтрализации углеродного следа.

Источник: iXBT