Стеклопластик отличается долговечностью, устойчивостью к коррозии и сравнительно небольшой массой. Но у него есть экологическая проблема: большинство традиционных полимерных связующих производят из нефтехимического сырья, а переработка отверждённых композитов остаётся сложной задачей.
Один из путей снижения зависимости от нефтехимии — использование вторичного и возобновляемого сырья при производстве смол.
Для этого исследуют несколько направлений: получение полиэфирных смол из переработанного ПЭТ, использование компонентов растительного происхождения и разработку новых полимерных систем на основе биосырья.
Разберём, чем отличаются эти подходы, какие результаты уже получены и что необходимо учитывать производителям композитов.
Смолы из вторичного сырья и биосырья — в чём разница?
Термины «переработанная смола», «биосырьевая смола» и «экологичная смола» нередко используют как взаимозаменяемые. Но они описывают разные характеристики материала.
Смолы из вторичного сырья получают с использованием компонентов, извлечённых из ранее произведённых материалов. Например, из отходов полиэтилентерефталата (ПЭТ).
Биосырьевые смолы (bio-based) производят с частичным или полным использованием компонентов возобновляемого происхождения: растительных масел, сахаров, крахмала и других продуктов переработки биомассы.
При этом ни вторичное, ни биологическое происхождение сырья автоматически не делает готовый полимер биоразлагаемым.
| Тип смолы | Источник сырья | Главная особенность |
|---|---|---|
| Традиционная полиэфирная | Преимущественно нефтехимические компоненты | Отработанные промышленные рецептуры |
| С компонентами из вторичного ПЭТ | Переработанные полиэфирные материалы | Использование вторичного сырья |
| Биосырьевая | Компоненты возобновляемого происхождения | Частичная замена нефтехимических компонентов |
| Гибридная | Сочетание нефтехимического и возобновляемого сырья | Компромисс между свойствами, стоимостью и происхождением компонентов |
Как из ПЭТ получают компоненты для полиэфирных смол
Полиэтилентерефталат широко используется для производства бутылок, упаковки и технических изделий.
Один из вариантов его переработки — химическое расщепление полимерных цепей с получением компонентов, пригодных для дальнейшего синтеза полиэфиров.
В частности, при гликолизе ПЭТ взаимодействует с гликолями, образуя смесь продуктов деполимеризации. После соответствующей переработки такие продукты могут использоваться как часть сырья для получения ненасыщенных полиэфирных смол.
В результате появляется возможность заменить часть первичных компонентов вторичным материалом.
Но важно понимать: смола с использованием переработанного ПЭТ не обязательно полностью состоит из вторичного сырья.
Её рецептура может включать другие кислоты, гликоли, реакционноспособные разбавители и технологические добавки.
Обобщённая схема. Отходы ПЭТ → сортировка и подготовка → химическая деполимеризация, например гликолиз → синтез ненасыщенной полиэфирной смолы с полученными компонентами → проверка технологических и эксплуатационных свойств.
Лабораторный пример. Rubeš и соавторы переработали ПЭТ из бутылок гликолизом и использовали полученные компоненты вместе с итаконовой кислотой. Отверждённый образец UPET1-DMI40 показал прочность при изгибе 140,4 МПа. Результат относится к испытанной рецептуре смолы. RSC Advances, 2024, 14, 8536–8547, таблица 3.
Какие сложности возникают
Качество исходного ПЭТ влияет на состав продуктов переработки. Примеси, красители и различия между партиями сырья могут создавать дополнительные требования к очистке и контролю.
Для производителя смолы важны воспроизводимость химического состава, вязкость, реакционная способность и свойства отверждённого материала.
Для изготовителя стеклопластика главное — не происхождение ПЭТ само по себе, а соответствие готовой смолы требованиям производства и эксплуатации изделия.
Биосырьевые смолы: какие компоненты используют
Второе направление — замена нефтехимических компонентов веществами, полученными из возобновляемых ресурсов.
Для синтеза ненасыщенных полиэфиров исследуют, в частности:
- Изосорбид, который можно получать из углеводного сырья.
- 1,3-пропандиол возобновляемого происхождения.
- Фумаровую и итаконовую кислоты.
- Производные растительных масел.
- Компоненты на основе сахаров и крахмала.
Такие вещества могут участвовать в формировании полимерной основы и изменять свойства будущей смолы.
Однако замена компонентов требует изменения рецептуры. Новый материал должен не только отверждаться, но и обеспечивать необходимую вязкость, механические характеристики, теплостойкость и долговечность.
Поэтому высокий процент биосырья — важный показатель происхождения материала, но не самостоятельный критерий его пригодности для производства композитов.
Практический пример: стеклопластик из биосырьевой смолы методом инфузии
Интересные результаты представлены в докторском исследовании Mateus de Assunção Hofmann, выполненном в Instituto Superior Técnico Лиссабонского университета в 2022 году.
Исследователи разработали ненасыщенную полиэфирную смолу, в которой часть традиционных нефтехимических компонентов заменили веществами возобновляемого происхождения.
Содержание биосырьевых компонентов в отверждённой смоле превышало 50% по массе.
Материал использовали для изготовления стеклопластиковых ламинатов методом вакуумной инфузии.
Для выбранной рецептуры была получена вязкость около 750 мПа·с при 23 °C, что позволило использовать её в исследованном процессе инфузии.
Затем образцы испытали и сравнили с композитами на основе традиционной полиэфирной смолы.
В рамках проведённых испытаний исследователи получили механические и термомеханические характеристики, сопоставимые с контрольными материалами, а по отдельным показателям — превосходящие их.
Это важный результат: биосырьевая смола может рассматриваться не только как лабораторный материал, но и как связующее для изготовления армированных композитов.
Однако такие результаты относятся к конкретной рецептуре, армированию и условиям испытаний. Их нельзя автоматически переносить на все биосырьевые смолы.
Можно ли использовать биосырьевые смолы для пултрузии?
В том же исследовании была рассмотрена возможность изготовления углепластиковых усиливающих полос методом пултрузии.
Для этого применили разработанную биосырьевую ненасыщенную полиэфирную смолу и однонаправленное углеродное армирование.
Изготовление проводили на промышленной пултрузионной линии. Полученные материалы сравнивали с контрольными образцами на основе традиционной винилэфирной смолы.
Результаты показали возможность получения конструкционных композитных профилей с использованием выбранной биосырьевой системы.
При этом для пултрузии особенно важны вязкость, способность пропитывать армирование и скорость отверждения в нагреваемой оснастке.
Смола, подходящая для ручной формовки, не обязательно будет пригодна для непрерывного производства профилей.
Ещё одна важная деталь: в исследованной рецептуре использовалась смесь стирола и 2-гидроксиэтилметакрилата. Поэтому биосырьевая смола из этого исследования не была полностью бесстирольной.
Новые разработки: смолы на основе углеводов
Ещё одно направление представлено в исследовании Naoki Wada, Ryota Saito и Kenji Takahashi, опубликованном в журнале Polymers в 2026 году.
Авторы разработали экспериментальную термореактивную систему на основе модифицированного мальтодекстрина и диметилитаконата.
В отличие от традиционных полиэфирных рецептур, в этой системе не использовался стирол. Подробнее о таких рецептурах — в статье про бесстирольные смолы.
Условия опыта и численные результаты приведены в статье о бесстирольных смолах.
Это показывает возможности новых подходов к синтезу связующих на основе возобновляемых компонентов.
Но речь идёт об экспериментальном отверждённом полимере, а не о серийно выпускаемой смоле с подтверждёнными характеристиками готового стеклопластика.
Для промышленного применения потребуются дополнительные испытания технологичности, совместимости с армированием, долговечности и экономики производства.
Какие ограничения есть у новых смол
Главная сложность — необходимость одновременно обеспечить несколько характеристик.
Технологичность. Смола должна подходить для конкретного способа формования: ручной выкладки, инфузии, намотки или пултрузии.
Свойства готового изделия. Требуется подтверждать прочность, жёсткость, теплостойкость и стойкость к эксплуатационным воздействиям.
Стабильность состава. Промышленное производство требует воспроизводимых характеристик от партии к партии.
Экономика. Стоимость исходных компонентов и переработки должна соответствовать назначению изделия.
Экологические показатели. Чтобы утверждать, что материал действительно оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, недостаточно указать долю биосырья или вторичного ПЭТ. Необходима оценка жизненного цикла с определёнными границами и методикой.
Что это означает для производителей стеклопластика
Переход на смолы из вторичного или возобновляемого сырья не обязательно требует полной замены производственной технологии.
В отдельных случаях новые составы могут перерабатываться существующими методами, включая вакуумную инфузию и пултрузию.
Но прежде чем заменять связующее, необходимо проверить технический паспорт, совместимость с армированием, режим отверждения и характеристики опытных изделий.
Для ответственных конструкций дополнительно оценивают долговечность и соответствие отраслевым требованиям.
Пока наиболее рациональный подход — рассматривать новые смолы как альтернативные материалы для конкретных задач, а не как универсальную замену традиционным полиэфирным и винилэфирным системам.
Вывод
Использование вторичного ПЭТ и компонентов возобновляемого происхождения — два разных, но перспективных направления развития полиэфирных смол.
Научные исследования уже демонстрируют возможность изготовления армированных композитов с применением биосырьевых связующих, в том числе методами вакуумной инфузии и промышленной пултрузии.
Но экологические преимущества, технологичность и эксплуатационные характеристики каждого материала необходимо оценивать отдельно.
Академия стеклопластика помогает подбирать связующие и технологии производства композитных изделий. При рассмотрении новых смол важно учитывать не только происхождение сырья, но и реальные требования к готовому изделию.
Консультация Академии по выбору связующего
Получить консультацию →Источники
-
Hofmann M. A. Sustainable Bio-Based Resins and Fibre-Polymer Composites for Civil Engineering Structural Applications. Doctoral thesis, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa, 2022. Репозиторий университета. Статья об инфузии.
-
Wada N., Saito R., Takahashi K. Development of Bio-Based Thermosetting Resins from Maltodextrin–Itaconate Systems Toward Styrene-Free Unsaturated Polyesters. Polymers, 2026, 18(5), 645. DOI
-
Gañán P. et al. The Evolution and Future Trends of Unsaturated Polyester Biocomposites: A Bibliometric Analysis. Polymers, 2023, 15(13), 2970. DOI
-
Ezeh E. M. Advances in the Development of Polyester Resin Composites: A Review. World Journal of Engineering, 2026, 23(1), 97–117 (опубликовано онлайн в 2024 году). DOI