Коррозия металлов – одна из серьёзнейших проблем промышленности всего мира. По оценкам специалистов, на сегодняшний день в глобальном выражении она нанесла ущерб в размере 2.5 триллионов долларов, что составляет около 3.5% мирового ВВП. Сейчас многие предприятия стремятся сократить подобные издержки за счёт мер по предотвращению разрушения металлоконструкций. Основной из них является нанесение на поверхность металла защитного органического полимерного покрытия. Однако действующие вещества недостаточно эффективны и подвержены деструкции из-за воздействия окружающей среды (света и кислорода), из-за чего покрытие снова приходится восстанавливать. Подобный ремонт, удаление дефектного слоя и нанесение нового являются дорогостоящим и трудоёмким процессом, поэтому ведётся поиск новых материалов, которые смогут эффективно защищать металл от коррозии. Учёные Пермского Политеха синтезировали новый полимер с эффектом памяти, который сможет самовосстанавливаться после деформаций. Разработка проведена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030» , при финансовой поддержке РФФИ и Пермского края, номер проекта 20-43-596010, в рамках Государственного задания (номер государственной регистрации темы 122011900165-2) с использованием оборудования Центра коллективного пользования «Исследования материалов и веществ» Пермского федерального исследовательского центра Уральского отделения Российской академии наук, а также при финансовой поддержке Пермского научно-образовательного центра «Рациональное недропользование».
Статья с результатами исследования опубликована в журнале «Polymers». В разработке также принимали участие учёные из УрО РАН.
Класс «умных» полимеров – это материалы, которые способны восстанавливать свою первоначальную форму после временной деформации за счет процесса рассеивания под воздействием внешних раздражителей, таких как тепло. Полимеры с памятью часто применяются в аэрокосмической промышленности, медицине, в производстве электронных устройств и многих других отраслях. По словам политехников, покрытие поверхности металлов такими веществами в будущем поможет сэкономить до 30% от расходов по предотвращению коррозии, а их производство будет несложным.
— Перспективная технология самовосстанавливающихся полимеров открывает новые возможности для восстановления защитных свойств покрытий при минимальном вмешательстве человека или вообще без него. Мы создали простой и эффективный метод синтеза полимеров с высоким выходом продукта, близким к 94%. Он состоит из молекул олигодиола, которые обрабатывались акриловой кислотой в присутствии катализатора. Технология изготовления довольно проста, поэтому можно смело выйти на производственные масштабы, — рассказывает кандидат технических наук ПНИПУ Дмитрий Кисельков.
Чтобы получить необходимый материал, учёные провели эксперимент в 2 этапа. На первом политехники смешали в круглодонной колбе олигодиол, акриловую кислоту и другие вещества, после чего они вступили в реакцию. Далее исследователи удалили осадок и отфильтровали полученную массу. Вторая стадия заключалась в обработке полученного олигомера эпоксидным спиртом-глицидолом и последующим его высушиванием.
— После синтеза мы провели механические испытания образцов полученных материалов на машине Instron 3365. С помощью него определили рабочие характеристики синтезированных нами полимеров: упругость, напряжение, прочность, в том числе и при натяжении, и другие параметры. Кроме того, провели испытание на изгиб свойство памяти. Мы деформировали образцы в разные стороны и при разных температурах. Полученные результаты показывают, что полимеры, отвержденные олигоаминами, имеют высокий коэффициент фиксации формы, а время восстановления при температуре в 50 градусов занимает до 60 секунд, — говорит доцент кафедры химических технологий ПНИПУ Алексей Слободинюк.
Также учёные проверили способность приготовленных покрытий к самовосстановлению. Для этого они царапали поверхность металла шпателем, после чего её нагревали до 60 градусов. По итогам эксперимента, созданный полимер полностью восстановился, а царапина зажила.
Таким образом, учёные создали метод синтеза высокоэффективного полимера со свойством памяти, который можно легко масштабировать в промышленных целях. Это позволит нашей стране значительно сократить расходы на меры по предотвращению образования коррозии на металлах.
Источник информации и фото: пресс-служба Пермского Политеха