Wsn230310

На первый взгляд, производство резины для автомобильных шин - процесс несложный: сырьем служит каучук, то есть природный или синтетический эластомер, молекулы которого как бы сшиваются в единую пространственную сетку методом вулканизации. Функцию вулканизирующего агента выполняет, как правило, сера, а функцию активатора вулканизации - оксид цинка.

Конечно, для получения требуемых эксплуатационных свойств резины в смесь могут быть добавлены и другие компоненты - наполнители, пластификаторы и так далее. Но главная экологическая проблема при производстве шин связана все же с оксидом цинка: дело в том, что это соединение довольно токсично, особенно для водных организмов, поэтому экологи уже давно требуют найти ему адекватную замену. Долгое время это не удавалось, но теперь, похоже, проблему решили ученые Научно-исследовательского института полимеров имени Лейбница в Дрездене.

Почему бы не попробовать?..

"Идея родилась за чашкой кофе, - вспоминает один из разработчиков Андреас Лёйтериц (Andreas Leuteritz). - Мы решили поставить опыт и выяснить, что произойдет, если в состав вулканизируемой смеси добавить цинксодержащий СДГ".

СДГ, то есть слоистый двойной гидроксид (Layered Double Hydroxide - LDH) - это вещество, характеризующееся особой трехслойной структурой. Внешние слои такого сэндвича образованы положительно заряженными гидроксидами какого-либо металла, а заполняющая межслоевое пространство "начинка" состоит из свободно перемещающихся анионов.

На сегодняшний день получены СДГ на основе марганца, магния, цинка, железа, никеля, меди, кобальта, кадмия, алюминия, галлия и многих других металлов. С этим классом соединений ученые связывают большие надежды, поскольку такие материалы обладают чрезвычайно интересными свойствами, их довольно легко получать и столь же легко модифицировать.

Итак, дрезденские исследователи решили для начала заменить цинксодержащим СДГ традиционные наполнители, добавляемые в смесь с тем, чтобы уменьшить износ шин и понизить их сопротивление качению. Результаты превзошли самые смелые ожидания. Эксплуатационные свойства готовых изделий оказались, по словам профессора Герта Хайнриха (Gert Heinrich), "сравнимыми или даже лучшими, чем при использовании классических наполнителей вроде сажи или полидисперсной кремневой кислоты. Да и количество добавляемого материала удалось уменьшить".

Прозрачные шины?

Но эффект от использования цинксодержащего слоистого двойного гидроксида этим не ограничился. Сам процесс вулканизации каучука ускорился настолько, что необходимость в активаторе отпала. По словам Андреаса Лёйтерица, это привело к тому, "что мы смогли полностью отказаться от оксида цинка, и при этом оказалось, что качество вулканизации ничуть не пострадало".

Более того, расход цинка при использовании СДГ удалось снизить в 10 раз по сравнению с традиционной технологией. Это гигантская экономия и существенный вклад в защиту окружающей среды, ведь шинная промышленность потребляет в год 500 тысяч тонн оксида цинка.

Секрет столь высокой эффективности слоистого двойного гидроксида кроется в его структуре. По словам профессора Хайнриха, перемешивание и раскатывание каучуковой смеси перед помещением ее в вулканизатор приводит к образованию множества тончайших чешуек с очень большой суммарной площадью поверхности, чем и объясняется чрезвычайно высокая реакционная способность атомов цинка.

Эти же наноструктуры обусловливают и еще одно, совершенно неожиданное, свойство готовой резины: прозрачность. "Какие новые сферы применения может повлечь за собой это свойство, мы пока даже не знаем", - признается ученый. Во всяком случае, едва ли автомобильные шины станут прозрачными. А вот более экологичными они станут, и не только потому, что на их производство потребуется меньше цинка, но и потому, что пониженное благодаря применению СДГ сопротивление качению позволит уменьшить расход горючего.

Автор: Владимир Фрадкин
Редактор: Дарья Брянцева