Исследователи из Японии разработали синтетический каучук, который обладает той же прочностью при растяжении, что и натуральный. Это имеет большое значение для мировой резиновой промышленности и позволяет снизить зависимость от этого важного природного материала.
Натуральный каучук применяют при производстве шин и других деталей автомобилей, напольных покрытий, одежды, клея, антивибрационных прокладок и креплений, ластиков, резиновых лодок, воздуховодов, шлангов, звукопоглощающих материалы и многого другого — всего он используется более чем в 40 000 коммерческих продуктов. Источник натурального каучука — растения, в основном — бразильское каучуковое дерево Hevea brasilensis. Резина обладает такими привлекательными свойствами, как упругость, эффективное рассеивание тепла, эластичность, ударопрочность, превосходная электроизоляция и стойкость к истиранию.
При этом добыча и переработка натурального каучука наносят огромный ущерб окружающей среде. Каучуковые плантации являются серьезной причиной обезлесения, а отсутствие биоразнообразия приводит к ненадежности поставок из-за таких факторов, как сокращение посевных площадей и потенциального неурожая. Поэтому сокращение зависимости от натурального каучука — очень важная задача, над которой бьются многие. Синтетические каучуки, несмотря на то, что их активно исследовали в последние десятилетия, до недавнего времени не могли имитировать характеристики натурального в достаточной мере.
Однако на этот раз японские ученые разработали синтетический каучук, идентичный натуральному. Процесс синтеза был вдохновлен биосинтезом натурального каучука и процессом, который формирует то, что исследователи назвали «островно-наноматричной структурой». Ученые химически прикрепили наночастицы к частицам синтетического каучука размером ~ 1 мкм, диспергированным в воде. За этим процессом следовали стадии коагуляции и сушки. Исследователи отдавали предпочтение органическим наночастицам из-за органической природы белков. Прививочная полимеризация при низких температурах подходящего мономера, являющегося предшественником полимера, обладающего относительно высокой температурой стеклования, на частицах каучука способствовала прикреплению органических наночастиц.
Визуализация наноструктуры нового синтетического каучука показала, что получилась та же островково-наноматричная структура, что и у натурального каучука. Анализ напряжения-деформации показал, что механические свойства синтетического материала идентичны свойствам натурального, равно как и оптимальное время вулканизации.
