Исследователи под руководством профессора Чжу Цзиня из Нинбоского института технологии и инженерии материалов (NIMTE) Китайской академии наук (КАН) создали новый биокомпозитный материал на основе полиэфира с высокими эксплуатационными характеристиками и возможностью переработки.
Материалы биологического происхождения могут заменить традиционные пластики, предоставив экологически чистый выход из энергетического кризиса и проблемы загрязнения природы. Полиэфиры на основе 2,5-фурандикарбоновой кислоты (FDCA) – перспективные для создания устойчивых и перерабатываемых упаковочных материалов.
Общие свойства этих биополиэфиров пока недостаточно похожи на характеристики пластиков, изготовленных из нефти, главным образом из-за ограниченности в проектировании молекул и микроструктуры.
Ученые решили проблему, использовав двумерные нанолисты MXene для заключения одновимірных углеродных нанотрубок (УНТ) в их структуру. Получились дендритные гетероструктуры MXene@CNT с улучшенной дисперсией и стабильностью. Данная инновационная гетероструктура MXene@CNT действует как катализатор, нуклеатор и усилитель межфазного взаимодействия для полиэфиров.
Каталитическая полимеризация и горячее прессование позволили синтезировать нанокомпозит MXene@CNT/PBF (MCP) путем введения дендритной структуры MXene@CNT в матрицу биополибутиленфурандикарбоксилата (PBF).
Благодаря многоуровневой структуре рассеивания энергии нанокомпозит MCP демонстрирует высокие механические характеристики: прочность около 10¹ МПа, жёсткость примерно 3,1 ГПа и вязкость порядка 130 МДж/м³.
В сравнении с коммерческими биоматериалми и пластмассами нанокомпозит MCP обладает устойчивостью к ультрафиолетовому излучению, растворителям и повышенными барьерными свойствами по отношению к O. 2, CO2 и H2Нанокомпозит сохраняет 90 % прочности после пяти циклов переработки.
Стратегия интеграции катализа и межфазного упрочнения из этого исследования открывает путь для создания высокоэффективных полиэфирных материалов. Многофункциональный биокомпозит MCP предлагает экологичную альтернативу пластикам на нефтяной основе в упаковке и инженерных приложениях, что является значительным шагом к достижению целей углеродной нейтральности.