Новый материал сохраняет механические свойства на уровне нейлона, но при этом разлагается в морской среде более чем на 92% в течение одного года. Разработка описана в мартовском выпуске журнала Advanced Materials.
Нейлон и подобные синтетические материалы, широко используемые в производстве одежды и сетей, сохраняются в океанах десятилетиями. Существующие биоразлагаемые альтернативы, как правило, уступают в прочности и термостойкости, что ограничивает их практическое применение.
Группа исследователей из Корейского института химических технологий (KRICT) под руководством доктора Хён-Ёль Чон и доктора Хё-Чжон Ким разработала полиэфирамид (ПЭА) — инновационный полимер, сочетающий биоразлагаемые эфирные связи с амидными связями, отвечающими за прочность (аналогично нейлону).
«Главное достижение — создание материала, который не жертвует прочностью ради экологичности», — отметил доктор Сунгбэ Пак, старший научный сотрудник и соавтор работы.
Нейлон 6 (также известный как полиамид 6 или капрон) – это синтетический полиамид, полученный из капролактама. Он является популярным материалом благодаря своим уникальным свойствам, таким как прочность, гибкость, устойчивость к истиранию и воздействию химикатов. Нейлон 6 широко используется в текстильной промышленности, производстве конструкционных пластиков и пленок.
Созданный материал демонстрирует высокие эксплуатационные характеристики:
- Прочность на разрыв до 110 МПа — выше, чем у нейлона 6 и полиэтилентерефталата (ПЭТ)
- Волокно выдерживает нагрузку в 10 кг без разрыва
- Сохраняет форму при глажении при температуре до 150 °C
- 92,1% биоразложения в реальной морской среде за один год (по сравнению с: PLA — 0,1%, PBS — 35,9%, PBAT — 21,1%)
- Углеродный след: 2,3–2,6 кг CO₂-экв. на кг, что в 3–4 раза ниже, чем у традиционного нейлона (8–11 кг CO₂-экв.)
Благодаря такому сочетанию прочности, устойчивости и экологичности, ПЭА подходит для производства рыболовных сетей, текстиля, упаковки и других изделий, где ранее биоразлагаемые материалы были неэффективны.
Важной частью инновации стал двухстадийный метод полимеризации в расплаве, который позволяет отказаться от токсичных органических растворителей. Этот процесс уже адаптирован под существующую инфраструктуру для производства полиэфиров, что делает масштабное внедрение более реалистичным.
Исследователи продемонстрировали промышленный выпуск до 4 кг нового материала в лабораторном реакторе объёмом 10 литров — это серьёзный шаг к выходу на рынок.
В составе полимера используются:
- Длинноцепочечные дикарбоновые кислоты из касторового масла — несъедобной и непищевой сельхозкультуры
- Производные капролактама — вторично переработанного сырья из отходов нейлона 6
Этот подход не только снижает выбросы парниковых газов, но и способствует развитию экономики замкнутого цикла.
«Наша технология — важный шаг к коммерциализации инженерных биоразлагаемых пластиков и снижению загрязнения океана», — отметил президент KRICT Ён-Кук Ли.
Чтобы оценить поведение материала в природе, учёные проводили испытания у побережья Пхохана (Южная Корея), а не только в лаборатории. Это подтвердило эффективность биоразложения в естественной морской среде.
С учётом ожидаемой коммерциализации в ближайшие два года, этот материал может стать реальным решением для снижения пластиковой нагрузки на океан от синтетических тканей и рыболовных снастей.
Исследование получило поддержку от KRICT, Министерства торговли, промышленности и энергетики Республики Корея, а также Министерства сельского хозяйства, продовольствия и сельских дел. В работе также участвовали профессор Дон Ёп О (Университет Инха) и профессор Чже Ён Пак (Университет Соган).
