Химия

Ученые из растительных масел синтезировали замену токсичным компонентам пластмасс

Ученые из растительных масел синтезировали замену токсичным компонентам пластмасс

Ученые из растительных масел синтезировали замену токсичным компонентам пластмасс

Пластификаторы придают пластмассам нужные механические свойства, однако часто это весьма токсичные вещества. Так в обычную пластмассу (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, получаемый из отходов сельскохозяйственных культур, богатых растительным маслом. Эксперименты показали, что ПВХ с такими эко-пластификаторами обладают хорошими механическими свойствами. Работа исследователей опубликована в августе в Journal of the American Oil Chemist’s Society.

Поливинилхлорид (ПВХ) — это один из самых популярных видов пластмасс. Из него изготавливают трубки, шланги и множество других изделий вплоть до грампластинок. При этом 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, 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 — это 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 при этом использовали 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 счёт 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 счёте из растительного сырья — такой зеленый пластификатор».

Хрустальная мечта

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 течении 12-40 часов.
Исследователи провели серию экспериментов с различными 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.

«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 для испытания нашей технологии уже есть производственные мощности».

Также 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.

Исследование проведено сотрудниками кафедры химической технологии основного органического и нефтехимического синтеза.

Статья: A Cherepanova et al, A New Green Method for the Production Polyvinylchloride Plasticizers from Fatty Acid Methyl Esters of Vegetable Oils, Journal of the American Oil Chemists’s Society, 2020. DOI: 10.1002/aocs.12415

По материалам

new-science.ru

Смотреть полностью

Похожее

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Back to top button
Close
Close

Adblock Detected

Please consider supporting us by disabling your ad blocker