Ученые из РХТУ им. Д. И. Менделеева синтезировали функциональный аналог пластификаторов, необходимых при производстве пластмасс, используя биодизель, получаемый из отходов сельскохозяйственных культур, богатых растительным маслом. Эксперименты показали, что поливинилхлорид с такими эко-пластификаторами обладает хорошими механическими свойствами. Работа исследователей опубликована в августе в Journal of the American Oil Chemist’s Society, кратко о ней сообщается в пресс-релизе РХТУ.
Поливинилхлорид (ПВХ) — один из самых популярных видов пластмасс. Помимо самого полимера, в состав пластмассы входят и другие соединения, 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, однако они достаточно 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, получаемый из водорослей и растений, богатых растительными маслами. После введения в него эпоксидных группировок получают продукт с хорошими пластифицирующими свойствами. Однако до последнего времени в коммерческом плане эпоксидированные биодизели значительно уступали фталатам. Поэтому российские ученые решили модифицировать биодизель и использовали для этого чрезвычайно доступный реагент — кислород из атмосферного воздуха. «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», — рассказывает главный автор работы, профессор РХТУ Валентин Сапунов.
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 называет биодизелем. Затем его фильтруют, очищают, а потом при температуре от 80 до 110 ℃ 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 получаемых 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. При этом оптимальные характеристики показала смесь на основе льняного сырья — ПВХ с использованием этого пластификатора по своим характеристикам не уступал ПВХ с фталатами. Ученые отмечают, что новый пластификатор можно использовать не только для ПВХ, но и для других пластмасс, а сейчас они 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.
«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 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».
