Создавать новые упаковочные материалы для хранения продуктов питания и покрытия, защищающие металл от коррозии, поможет модель расчёта газопроницаемости полимеров, разработанная учёными КБГУ в составе исследовательского коллектива.

Результаты опубликованы в журнале «Известия Кабардино-Балкарского государственного университета».

Полимеры широко используют для производства упаковки продуктов и защитных покрытий для металла, но многие из них пропускают газы и влагу. Из-за этого срок хранения продуктов сокращается, а металлические изделия окисляются. По словам авторов, чтобы снизить проницаемость, в полимеры добавляют твёрдые частицы нанометрового размера — так получают полимерные композиты. Частицы создают «извилистый путь» для газа: чем их больше, тем сложнее газу пройти через материал.

Учёные Кабардино-Балкарского государственного университета им. Х. М. Бербекова (КБГУ) совместно с коллегами из Дагестанского государственного педагогического университета им. Р. Гамзатова и Российского государственного университета туризма и сервиса показали, что на газоперенос существенно влияет ещё один фактор — аффинность компонентов: насколько прочно частицы наполнителя сцеплены с полимером. Как отметили авторы, чем меньше частицы и чем равномернее они распределены в полимере, тем заметнее этот эффект.

«Для исследования мы использовали поликарбонат на основе бисфенола А в качестве матричного полимера, а в качестве наполнителя — графит и термически восстановленный графен. Образцы получили смешиванием компонентов в расплаве. Методом фрактального анализа мы описали зависимость фактора извилистости — параметра, показывающего, насколько сложен путь газа через материал, — от степени аффинности структуры», — прокомментировал кандидат химических наук, старший научный сотрудник Центра прогрессивных материалов и аддитивных технологий КБГУ Игорь Долбин.

По его словам, если структурное сродство компонентов полное, относительная газопроницаемость зависит только от содержания частиц. Если же сродство снижается, газопроницаемость композита уменьшается по сравнению с чистым полимером. Именно то, насколько хорошо частицы сцеплены с полимерной матрицей, и определяет, насколько сильно упадёт газопроницаемость, уточнил Долбин.

Учёные также предложили эмпирические уравнения, описывающие эту зависимость. Расхождение между экспериментальными и теоретическими данными составило около 6–7 процентов, что сопоставимо с погрешностью измерений.

«Полученные результаты позволяют теоретически предсказывать свойства полимерных материалов и планировать эксперименты по получению готового продукта, что снижает энерго- и трудозатраты на предварительных этапах. Модель можно применять и к другим классам полимеров и композитов, внося необходимые поправки», — пояснил кандидат химических наук.

В дальнейшем учёные планируют продолжить исследования по снижению газопроницаемости полимерных материалов для последующего внедрения в производство.

Читайте также: Кае Каллас резко ответили на слова о капитуляции Украины