Час вместо восьми: ученые нашли быстрый и экономичный способ производства синтетических материалов для космической отрасли

Полиимиды — один из самых дорогих и при этом востребованных классов полимеров. Материалы из него отличаются высоким уровнем термостабильности — из них производят покрытие для защиты от перегрева камеры сгорания и сопла жидкостных ракетных двигателей. Также полимиидные материалы обладают хорошими механическими и электрическими свойствами, они устойчивы к различным органическим растворителям. Исследователи из Ярославского государственного университета имени П. Г. Демидова (ЯрГУ) предлагают получать мономеры с помощью ультразвуковой активации реакции. Запатентованная технология позволяет значительно уменьшить время реакции и удешевляет производство полимиидных материалов. 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 большим «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.

«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».