С ними не заржавеет: учёные ПНИПУ создали умные полимеры, которые защитят металлы от коррозии

Коррозия металлов – одна из серьёзнейших проблем промышленности всего мира. По оценкам специалистов, на сегодняшний день в глобальном выражении она нанесла ущерб в размере 2.5 триллионов долларов, что составляет около 3.5% мирового ВВП. Сейчас многие предприятия стремятся сократить подобные издержки за счёт мер по предотвращению разрушения металлоконструкций. Основной из них является нанесение на поверхность металла защитного органического полимерного покрытия. Однако действующие вещества недостаточно эффективны и подвержены деструкции из-за воздействия окружающей среды (света и кислорода), из-за чего покрытие снова приходиться восстанавливать. Подобный ремонт, удаление дефектного слоя и нанесения нового, является дорогостоящим и трудоёмким процессом, поэтому ведётся поиск новых материалов, которые смогут эффективно защищать металл от коррозии.

Самовосстановление полимеров

Учёные Пермского Политеха синтезировали новый полимер с эффектом памяти, который сможет самовосстанавливаться после деформаций. Разработка проведена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030» , при финансовой поддержке РФФИ и Пермского края, номер проекта 20-43-596010, в рамках Государственного задания (номер государственной регистрации темы 122011900165-2) с использованием оборудования Центра коллективного пользования "Исследования материалов и веществ" Пермского федерального исследовательского центра Уральского отделения Российской академии наук, а также при финансовой поддержке Пермского научно-образовательного центра "Рациональное недропользование".

Статья с результатами исследования опубликована в журнале «Polymers». В разработке также принимали участие учёные из УрО РАН.

Класс «умных» полимеров – это материалы, которые способны восстанавливать свою первоначальную форму после временной деформации за счет процесса рассеивания под воздействием внешних раздражителей, таких как тепло. Полимеры с памятью часто применяются в аэрокосмической промышленности, медицине, в производстве электронных устройств и многих других отраслях. По словам политехников, покрытие поверхности металлов такими веществами в будущем поможет сэкономить до 30% от расходов по предотвращению коррозии, а их производство будет несложным.

- Перспективная технология самовосстанавливающихся полимеров открывает новые возможности для восстановления защитных свойств покрытий при минимальном вмешательстве человека или вообще без него. Мы создали простой и эффективный метод синтеза полимеров с высоким выходом продукта, близким к 94%. Он состоит из молекул олигодиола, которые обрабатывались акриловой кислотой в присутствии катализатора. Технология изготовления довольно проста, поэтому можно смело выйти на производственные масштабы, - рассказывает кандидат технических наук ПНИПУ Дмитрий Кисельков.

Чтобы получить необходимый материал, учёные провели эксперимент в 2 этапа. На первом политехники смешали в круглодонной колбе олигодиол, акриловую кислоту и другие вещества, после чего они вступили в реакцию. Далее исследователи удалили осадок и отфильтровали полученную массу. Вторая стадия заключалась в обработке полученного олигомера эпоксидным спиртом-глицидолом и последующим его высушиванием.

- После синтеза мы провели механические испытания образцов полученных материалов на машине Instron 3365. С помощью него определили рабочие характеристики синтезированных нами полимеров: упругость, напряжение, прочность, в том числе и при натяжении, и другие параметры. Кроме того, провели испытание на изгиб свойство памяти. Мы деформировали образцы в разные стороны и при разных температурах. Полученные результаты показывают, что полимеры, отвержденные олигоаминами, имеют высокий коэффициент фиксации формы, а время восстановления при температуре в 50 градусов занимает до 60 секунд, - говорит доцент кафедры химических технологий ПНИПУ Алексей Слободинюк.

Также учёные проверили способность приготовленных покрытий к самовосстановлению. Для этого они царапали поверхность металла шпателем, после чего её нагревали до 60 градусов. По итогам эксперимента, созданный полимер полностью восстановился, а царапина зажила.

Таким образом, учёные создали метод синтеза высокоэффективного полимера со свойством памяти, который можно легко масштабировать в промышленных целях. Это позволит нашей стране значительно сократить расходы на меры по предотвращению образования коррозии на металлах.

Для справки:

Пермский Политех стал обладателем гранта «Приоритет 2030» в 2021 году. Его размер составил 100 млн. рублей. «Приоритет 2030» является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений. Ее цель — формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов, которые станут центрами научно-технологического и социально-экономического развития страны. Всего комиссия Минобрнауки РФ включила в программу «Приоритет 2030» 106 вузов из 49 городов страны, из них 60 % —региональные университеты.