ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
Интеллектуальная Система Тематического Исследования НАукометрических данных |
||
Цель работы заключалась • в изучении биодеструкции полимеров и поликомплексов в присутствии ферментов и микроорганизмов, влияния состава композитного покрытия на прорастание семян травянистых/злаковых растений и связывания биополимерными ИПЭК катионов тяжелых металлов; • в обосновании полученных результатов, касающихся физико-химического и физико-механического поведения реакционноспособных прекурсоров и структурно-механических особенностей модификации полимеров за счет их вытяжки в жидких средах, для формулирования лабораторных и опытно-промышленных регламентов и режимов производства и переработки мезопористых и нанокомпозиционных инновационных материалов; • в получении изделий различной формы методом экструзионной 3D-печати, определении оптимальных условий для печати изделий с высокими механическими свойствами и разрешением, разработке методики 3D-печати биодеградируемых материалов.
Разработка рецептур на основе экологически безопасных ингредиентов, вспомогательных веществ и сред, а также синтетических и природных полимеров, включающих биоразлагаемые продукты, практическое применение которых обеспечит безотходное, низкозатратное и энергосберегающее производство широкого спектра перспективных материалов – связующих и стабилизаторов сыпучих грунтов и почвы; пластиков, получаемых методами экструзии, литья, пневмоформования и ориентационной вытяжки; мезо- и нанопористых пленкок и нанокомпозитов.
В результате проведенных исследований • показана нетоксичность биополимерных комплексов в отношении растений при норме внесения 1% от массы почвы; • установлено, что полимер-почвенные защитные покрытия не мешают прорастанию семян злаковых и травянистых растений; • с учетом выявленной способности ИПЭК к биодеструкции под действием ферментов и почвенных микроорганизмов разработанные поликомплексные рецептуры рекомендованы для противоэрозионных агротехнологий без риска вторичного загрязнения почвы; • установлено, что ИПЭК являются эффективными сорбентами катионов тяжелых металлов; • разработаны и апробированы подходы, обеспечивающие введение в гидрофобные полимеры водорастворимых добавок для создания функциональных нанокомпозиционных материалов, включая материалы на основе гидрофобных и гидрофильных компонентов, а также экологически чистые рецептуры (эмульсии типа «масло-в-воде» с содержанием воды более 95%); • предложена методология повышения смачиваемости поверхности гидрофобных полимеров и эффективного введения модифицирующих добавок из водных растворов в полимеры при использовании органосиликонового суперсмачивателя Сильвет; • сформулированы рекомендации по созданию новых мезопористых инновационных, а также лабораторные регламенты и режимы крейзинга полимеров для получения материалов с заданной морфологией, пористостью, поверхностным рельефом и гидрофильно-липофильным балансом поверхности; • разработаны двухкомпонентные реакционноспособные рецептуры, позволяющие напылять полимочевинные покрытия со спектром конструкционных свойств от каучуков до жестких пластиков с использованием ограниченного набора исходных реагентов и малых (1 – 2 масс. %) добавок фторопласта и полиметилсилоксанового пластификатора, а также их комбинацией; • методом экструзионной 3D-печати получены изделия различной формы из двойных сеток и нанокомпозитных гелей на основе природных компонентов: полисахарида альгината натрия и нанотрубок глины галлуазита, а также изучены процессы течения сеток и гелей при экструзии и восстановления их свойств и структуры после снятия нагрузки; • определены условия 3D-печати и характеристики чернил, обеспечивающие высокую механическую прочность и максимальное пространственное разрешение при печати; • сформулированы основные особенности методики приготовления чернил для экструзионной 3D-печати на основе биодеградируемых компонентов.
Хоздоговор, средства организации государственного сектора (608) |
# | Сроки | Название |
1 | 7 октября 2020 г.-31 декабря 2020 г. | Фундаментальные основы создания безотходных производств полимеров и полимерных материалов с программируемым сроком службы, отвечающих современным экологическим требованиям (Полимеры будущего |
Результаты этапа: Показано, что состав коллоидно стабильных и устойчивых в водно-солевых растворах интерполиэлектролитных комплексов определяется природой и макромолекулярными характеристиками использованных полимеров, а также физико-химических характеристик и рН среды. Определены составы полимеризатов метилметакрилата и выявлены температурные зоны их переработки и модификации, а также температурные зоны термофиксации структуры, формирующейся в материале в процессе внешних температурно-силовых воздействий, и конфигурации конечного изделия. Обосновано применение полимеризатов с незавершенной конверсией для низкотемпературной переработки методами пневмоформования, литья и экструзии, а также модификации пластиков путем ориентационной вытяжки. Изучено физико-механическое и структурно-механическое поведение образцов промышленных полимерных пленок, модифицированных путем ориентационной вытяжки в физически активных жидких средах на основе экологически безопасных водных растворов и эмульсий. На основании полученных результатов разработаны протоколы получения экологически чистых водорастворимых интерполиэлектролитных комплексов основе биодеградируемых полимеров; температурно-концентрационные регламенты низкотемпературной, безотходной и энергосберегающей переработки и модификации пластиков методами пневмоформования, ориентационной вытяжки, экструзии и литья; методы контроля эксплуатационных свойств и качества продукции в зависимости от структуры и состава полимерного прекурсора; экологически безопасные рецептуры для создания мезо- и нанопористых полимерных материалов путем ориентационной вытяжки полимеров в жидких средах как альтернативы существующим токсичным аналогам. | ||
2 | 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. | Фундаментальные основы создания безотходных производств полимеров и полимерных материалов с программируемым сроком службы, отвечающих современным экологическим требованиям (Полимеры будущего |
Результаты этапа: Задачи 2-го этапа НИР (2021 г.) выполнены полностью. Результаты получены с использованием современных методологических и инструментальных подходов и соответствуют мировому уровню в области структурных, физических, физико-химических и физико-механических исследований композиций поликомплексов и почвенных субстратов, модифицированных полимерных материалов и полимерных наногелей. Исследования показали возможность создания • защитных покрытий с контролируемой толщиной и высокой противоэрозионной стойкости на основе интерполимерных комплексов на песке, супесчаной и глинистой почве при использовании оригинальной процедуры послойного нанесения полимерных компонентов композиции; • мезопористых и нанокомпозиционных полимерных материалов (пластики, волокна и пленки) с контролируемым распределением (нано)модификатора в объеме образцов, гидрофильно-гидрофобным балансом, конструкционными и функциональными свойствами; • перспективных материалов на основе полимергых гелей для применения в качестве чернил для 3D печати. | ||
3 | 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. | Фундаментальные основы создания безотходных производств полимеров и полимерных материалов с программируемым сроком службы, отвечающих современным экологическим требованиям (Полимеры будущего |
Результаты этапа: Задачи 3-го этапа НИР (2022 г.) и Проекта в целом (2020 – 2022 гг.) выполнены полностью. Результаты получены с использованием современных методологических и инструментальных подходов и соответствуют мировому уровню в области структурных, физических, физико-химических и физико-механических исследований композиций поликомплексов и почвенных субстратов, модифицированных полимерных материалов, полимерных сеток и наногелей. Основные итоги Проекта в области разработки физико-химических основ создания почвенно-полимерных композиций сводятся к следующим: • показана возможность получения водорастворимых комплексов ИПЭК на основе биодеградируемых полимеров и разработаны и апробированы водные поликомплексные рецептуры в качестве стабилизаторов и связующих неструктурированного песчаного грунта и песчаных почвенных субстратов; • отработана методика формирования защитных покрытий на песке, супесчаной глинистой почве путем послойного нанесения растворов ПЭ на поверхность грунта, что обеспечивает его высокую водостойкость и стойкость к ветровой эрозии; • предложен механизм взаимодействия полиэлектролитов и поликомплексов с изотропными частицами кварца и анизотропными пластинчатыми кристаллитами каолинита; • показана нетоксичность биополимерных комплексов в отношении растений при норме внесения 1% от массы почвы, полимер-почвенные защитные покрытия, образующиеся после связывания почвы и полиэлектролитов, не препятствуют прорастанию злаковых и травянистых растений; • установлена способность поликомплексов к биодеструкции под действием ферментов и почвенных микроорганизмов и их высокая сорбционная емкость по отношению к катионам тяжелых металлов; • обработка почвы биополимерными ИПЭК-кондиционерами рекомендована для нужд противоэрозионных агротехнологий с целью создания временных эрозионно-стойких покрытий, разлагающихся после прорастания семян и формирования скрепляющей почву корневой системы. В области структурно-механической модификации крупнотоннажных полимеров (полиэтилен, полипропилен, полиэтилентерефталат) по механизму крейзинга путем ориентационной вытяжки пленок и волокон в физически активных жидких средах (ФАЖС): • установлено существование пороговых концентраций водно-спиртовых ФАСЖ, ниже которых крейзинг полностью подавлен. Активности жидкой среды возрастает при переходе к высшим спиртам – пороговая концентрация понижается с 25% до 0.5% при переходе от этанола к бутанолу, что позволяет значительно сократить использование органических растворителей. При этом использование водно-спиртовых растворов определяет возможности введения в гидрофобные полимеры водорастворимых добавок для создания функциональных нанокомпозиционных материалов, включая материалы на основе гидрофобных и гидрофильных компонентов. • разработаны и апробированы экологически чистые рецептуры (эмульсии типа «масло-в-воде» с содержанием воды более 95%) как альтернатива для использования водно-органических ФАСЖ, что открывает возможность введения маслорастворимых добавок в полимеры. • установлен факт значительной гидрофобизации поверхности полимера за счет формирования на поверхности регулярного рельефа наноразмерного масштаба. Впервые предложен новый подход к повышению смачиваемости поверхности гидрофобных полимеров и эффективному введению модифицирующих добавок из водных растворов в полимеры при использовании органосиликонового суперсмачивателя Сильвет. • разработаны новые подходы для получения стабильных материалов, основанные на обработке ПЭО-содержащих нанокомпозитов полиакриловой кислотой с образованием интерполимерных поликомплексов и УФ-инициированной сшивке ПЭО в присутствии пентаэритриол триакрилата. • сформулированы рекомендации по созданию новых мезопористых инновационных композитов за счет оптимального выбора исходного полимера с учетом экономической целесообразности и возможных областей использования, а также лабораторные регламенты и режимы крейзинга полимеров для получения материалов с заданной морфологией, пористостью, поверхностным рельефом и гидрофильно-липофильным балансом поверхности для решения конкретных практических задач. В области использования реакционноспособных прекурсоров (системы «полимер – мономер – инициатор» (ПМИ системы)) для производства и переработки пластиков на лабораторном и опытно-промышленном уровнях: • установлены граничные температуры зон переработки и термофиксации метакриловых ПМИ систем, зависящие от состава или конверсии полимеризата. • показано, что для метакриловых ПМИ систем мономер является «временным пластификатором» полимеризата, обеспечивая значительное (на 50–100С) понижение температуры переработки и модификации материала методами пневмоформования, прессования, ориентации и т.п. Последующая дополимеризация мономера при повышении температуры сопровождается термофиксацией изделия и надмолекулярных структур, сформированных в процессе переработки. Отмечено, что указанная дополимеризация простым образом решает проблему исчерпания остаточного мономера. Данный подход позволяет полностью исключить использование и утилизацию вспомогательных систем, а также стадию очистки конечного продукта. • сформулированы и апробированы подходы использования ПМИ систем для контроля равномерности распределения наномодификаторов (сферические частицы порошка ZrO2-CeO2 и квантовые точки CdSe) в объеме метакриловой матрице, также для повышения теплостойкости полиметилметакрилата до 250С за счет формирования густо сшитого поверхностного слоя без физической границы раздела с основой и без снижения ударной прочностью и способности к переработке путем вакуумного формования. • разработаны двухкомпонентные реакционноспособные рецептуры, позволяющие напылять полимочевинные покрытия со спектром конструкционных свойств от каучуков до жестких пластиков с использованием ограниченного набора исходных реагентов и малых (1 – 2 масс. %) добавок фторопласта и полиметилсилоксанового пластификатора, а также их комбинацией. В области перспективного развития 3D-печати гелей на основе двойных сеток, нанокомпозитных гелей и изделий произвольной конфигурации с наиболее высокой механической прочностью и максимальным пространственным разрешением при использовании природных полимеров: • получены новые двойные и нанокомпозитные сетки на основе альгината натрия и нанотрубок (НТ) глины галлуазита в качестве наполнителя, а также обосновано их применение в 3D-печати; • определены оптимальные условия для 3D-печати, позволяющие обеспечить максимальные вязкоупругие свойства в покое и падение вязкости при течении и соответствующие наиболее быстрой фиксации структуры для достижения максимального пространственного разрешения 3D-печати, а также наибольшей механической прочности получаемых гелей; • изучены закономерности сшивания полимерных цепей в нанокомпозитном гидрогеле на основе альгината натрия и НТ галлуазита и микроструктура образующихся гидрогелей, а также выявлены оптимальные соотношения между компонентами, обеспечивающие высокие механические свойства гидрогелей; • определен оптимальный состав и обосновано использование разработанных материалов (двойные сетки и нанокомпозитные гели на основе полисахарида альгината натрия и нанотрубок глины галлуазита) в качестве чернил для экструзионной 3D-печати; • разработана методика получения чернил для экструзионной 3D-печати указанных биодеградируемых материалов и оптимальные условия печати данными чернилами. Совокупность полученных результатов служит обоснованием и научно-технической базой для развития низкозатратных и экологически безопасных технологий производства, переработки и модификации широкого круга полимерных материалов (пленки, волокна, пластики, покрытия, изделия произвольной конфигурации) с пониженным уровнем отходов или, в ряде случаев, с полным их отсутствием. Значимость результатов обусловлена развитием фундаментальных физико-химических основ получения новых водорастворимых комплексов на основе биодеградируемых полимеров и двойных нанокомпозитных сеток, а также переработки, модификации и производства полимерных пленок, волокон, пластиков и покрытий. На основании результатов проведенных исследований разработаны перспективные рецептуры и режимы формирования защитных почвенных покрытий с высокой водостойкостью и стойкостью к ветровой эрозии, производства полимерных материалов с контролируемыми структурой и свойствами объема и поверхности и получения изделий произвольной конфигурации методом 3D печати. Сформулированные и апробированные на лабораторном и опытно-промышленном уровне научно-технические подходы могут быть рекомендованы для использования в сельском хозяйстве, агротехнике, авиа- и автомобилестроении, строительстве, медицине, а также для решения задач по созданию экологически чистой городской и транспортной инфраструктуры. Научно-технический уровень и конкурентоспобность полученных результатов в сравнении с настоящими отечественными и зарубежными разработками определяются нетоксичностью биополимерных комплексов в отношении растений при норме внесения 1% от массы почвы и их способностью к биодеструкции под действием ферментов и почвенных микроорганизмов, а также высокой сорбционной емкостью по отношению к катионам тяжелых металлов; контролируемым гидрофильно-гидрофобным балансом поверхности модифицированных пленок с краевым углом смачивания в пределах от 20 до 120; возможностью увеличения эксплуатационных характеристик материалов в пределах порядка величины за счет введения малых (не более 2%) модификатора; снижением температуры переработки пластиков на 80 – 120С при использовании реакционнопособных прекурсоров, а также созданием оригинальных и экологически безопасных рецептур для формирования полимерных покрытий на бетоне, металле и почве, модификации и переработки волокон, пленок и пластиков и чернил для экструзионной 3D-печати. Дальнейшее развитие данных научно-технических направлений связано с оптимизацией разработанных процессов, их масштабированием на промышленный уровень и увеличением эффективности предложенных подходов. |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".