Исследователи из Ярославского государственного университета имени П. Г. Демидова (ЯрГУ) предложили получать мономеры с помощью ультразвуковой активации реакции. Запатентованная технология позволяет значительно уменьшить время реакции и удешевляет производство полиимида. По словам ученых, такой способ может быть востребован в высокотехнологичных отраслях промышленности, в том числе космической.
"В основе ультразвуковой активации химического процесса лежит явление кавитации. Под действием ультразвука в растворе происходит образование и схлопывание пузырьков, в результате чего локально повышаются температура и давление", — пояснил Александр Хлопотинин, один из авторов патента на изобретение, аспирант Института фундаментальной и прикладной химии ЯрГУ.
Применение ультразвука позволило значительно уменьшить время протекания реакции и снизить ее температуру. По словам исследователя, с помощью запатентованной технологии получить целевые продукты можно всего за 1 час вместо 8 и с бoльшим "выходом": 95% вместо 84,5%. Испытания проходили в студенческо-молодежной лаборатории химико-экологических исследований ЯрГУ под руководством кандидата химических наук Романа Бегунова.
Полиимиды — один из самых дорогих и при этом востребованных классов полимеров. Полиимидные материалы могут служить в качестве защитных абляционных оболочек на поверхности шатлов и ракет-носителей: они защищают от перегрева те места, где температуры достигают самых высоких значений. Например, такое покрытие используется для защиты камеры сгорания и сопла жидкостных ракетных двигателей от перегрева.
Материалы из полиимида отличаются высоким уровнем термостабильности и обладают хорошими механическими и электрическими свойствами, они устойчивы к различным органическим растворителям.
"Эти полимеры имеют высокие эксплуатационные характеристики по сравнению с классическими, используемыми в космической отрасли, но из-за своей дороговизны полиимиды не находят широкого применения", — отметил Роман Бегунов, руководитель научного проекта.
Дело в том, что полиимиды относятся к типу разлагающихся абляционных материалов. В сравнении с традиционно используемыми полимерами, такими как политетрафторэтилен и полиэтилен, они способны выдержать большую температуру, прежде чем начнут разлагаться.
"На цену полимера сильно влияют производственные затраты и себестоимость мономера. За счет более простого синтеза мономера его цену можно существенно снизить", — добавил Александр Хлопотинин.
В будущем научный коллектив планирует смоделировать проведение ультразвукового синтеза в проточном реакторе, что приведет к уменьшению количества операций по загрузке исходного сырья в реактор и выделению продуктов реакции. Ученые также отметили, что изобретенный метод ультразвуковой активации имеет широкий спектр применения и в перспективе может быть использован при синтезе соединений для лекарственных средств.
Проект реализован в рамках программы Минобрнауки России "Приоритет 2030", которая является одной из мер государственной поддержки вузов нацпроекта "Наука и университеты".