Перспективы развития и проблемы химической промышленности

Размещено на http://www.allbest.ru/

КРАТКИЙ КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

1. Современное состояние, перспективы развития и проблемы химической промышленности

Производство наукоемкой химической продукции является основой экономической стабильности России.

Химические технологии решают не только вопросы выпуска конкурентоспособной продукции, но и проблемы энерго-, ресурсо- сбережения и экологической безопасности производственных процессов.

Проблемы химической отрасли: 70% химической продукции в России не отвечает требованиям мировых стандартов; доля производства прогрессивных материалов ниже в 2-3 раза, чем в капиталистических странах; 60% продукции выпускается по устаревшим экологически напряженным технологиям; дефицит финансовых средств на техническое перевооружение действующих производств в связи с экономическим кризисом; низкие темпы внедрения инноваций на предприятиях химической промышленности.

Устойчивое развитие химической промышленности невозможно без решения проблемы обеспечения углеводородным сырьем, на базе которого производится 70% химической продукции.

Проблемной остается ситуация с сырьевой базой для производства в России важнейшего стратегического продукта - диоксида титана.

Стратегическая цель развития отрасли является структурная перестройка и создание конкурентоспособных производств на базе наукоемких, ресурсо- и энергосберегающих технологий.

В рамках поставленной цели предусматривается решение следующих основных задач:

- обновление действующих и организация новых производств крупнотоннажных полимеров;

- разработка и внедрение в производство прогрессивных ПКМ инженерно-технического и конструкционного назначения;

- разработка технологий и продуктов новых поколений: нанотехнологии, биотехнологии, лазерные технологии, мембранные технологии.

Одним из важнейших направлений развития полимерного материаловедения является разработка новых типов ПКМ специального назначения: интеллектуальные, броневые, радиопоглощающие, теплозащитные, сотовые, негорючие.

Приоритетные направления в химической технологии:

- создание ресурсо- и энергосберегающих, экологически безопасных производств;

- внедрение новых технологических приемов: ультразвуковых и вибрационных воздействий, инфракрасных, ультрафиолетовых, лазерных и СВЧ-излучений;

- плазмохимических процессов.

2. Альтернативные методы получения новых ПКМ со специальными свойствами

Полимеризационное наполнение термопластов.

Разработан в институте химической физики РАН для наполнения полиолефинов.

Сущность метода заключается в получении ПКМ в процессе синтеза путем полимеризации соответствующих мономеров на активированной поверхности дисперсных наполнителей комплексными металлоорга-ническими катализаторами. При этом на поверхности наполнителя из углеводородного раствора или газовой фазы наносят соединение переходного металла (Ti, V), а алюмоорганическое соединение дозируют в зону полимеризации.

Этот метод обеспечивает высокую степень наполнения и гомогенности термопластичных композитов в сочетании с уникальными эксплуатационными характеристиками ПКМ.

Разработана и внедрена на Московском НПЗ опытно-промышленная технология производства порошкообразного полимеризационного наполненного полиэтилена мелом, каолином, тальком, известковой мукой с размером частиц до 40 мкм, активированных каталитической системой (алюмоорганическими соединениями). Отличительная особенность - наличие вокруг каждой частицы наполнителя полимерной оболочки, прочно связанной с ней. Ее толщину можно регулировать расходом мономера, временем синтеза.

Разработаны различные способы активации поверхности наполнителей для наполнения полиолефинов при получении электропроводящих композиций.

Предложен новый перспективный подход к упрощению технологии за счет исключения стадии предварительного закрепления катализатора на поверхности наполнителя.

Установлена возможность проведения активации в присутствии мономера - пропилена при получении электро- и теплонаполнителей (сажа, графит, углеродное волокно).

В последние годы возрос интерес к высоконаполненным магнитопластам полимеризационного наполнения на основе полипропилена и ферромагнитных наполнителей (оксидные ферриты, интерметаллический сплав Nd-Fe-В).

Одним из перспективных направлений этого метода является создание композитов с полупроводниковыми наполнителями, обладающих фотопроводимостью на основе полипропилена и порошка кремния.

Разработаны полимеризационнонаполненные КМ спецназначения на основе полипропилена и различных типов керамик (пьезо- и пирокерамика, высокотемпературная сверхпроводящая керамика).

Поликонденсационное наполнение реактопластов

На кафедре химической технологии ЭТИ СГТУ разработан и запатентован способ поликонденсационного наполнения фенопластов различного функционального назначения: хемосорбционных композитов, магнитопластов, базальто-, угле-, стеклопластиков.

Сущность способа заключается в проведении синтеза фенолоформальдегидного олигомера из мономеров непосредственно на поверхности и в объеме дисперсных и волокнистых наполнителей.

ПКМ поликонденсационного наполнения превосходят композиты смесевого способа по адгезионной прочности, магнитным характеристикам, устойчивости к ударным, изгибающим нагрузкам, тепло-, хемо-, огнестойкости.

Технологический процесс включает следующие стадии: пропитка наполнителей смесью мономеров в присутствии катализатора; синтез олигомера на поверхности и в объеме наполнителя; сушка пресскомпозиции для удаления надсмольных смол, летучих и предотверждения смолы.

Преимущества: малостадийность, низкие материальные, трудовые, энергетические затраты и экологическая напряженность.

Установлена зависимость структуры и свойств композитов от содержания формальдегида и катализатора в пропиточном растворе, последовательности введения ингредиентов, природы и вида наполнителя, условий синтеза и сушки.

3. Интеллектуальные ПКМ

1. Типы интеллектуальных композитов:

- пассивные (самодиагноститующиеся)

- активные (адаптирующиеся).

Интеллектуальность КМ 3-го поколения направлена на обеспечение стабильности эксплуатационных свойств при внешних воздействиях.

Схема самодиагностики: получение сигнала от датчика о возникших изменениях в материале; идентификация сигнала; анализ сигнала; принятие решения человеком.

2. Материалы и технологии микрокомпонентов интеллектуальных полимерных материалов

В качестве полимерных матриц используют термореактивные эпоксидные связующие и теплостойкие полиарилены, отличающиеся высокими прочностью, термостойкостью, радиационной стойкостью, пониженной горючестью.

Для изготовления сенсоров, актюаторов, микро- и оптоэлектроники необходимы полимеры с уникальными свойствами: электропроводящие, люминисцирующие, фоточувствительные, электроактивные, гиперраз-ветвленные, жидкокристаллические и др.

Виды датчиков - пластины из пьезокерамики, сегнетоэлектрические пленки для преобразования механического усилия в электрический сигнал.

В технологии термочувствительных элементов используют волокнистые ПКМ, для которых оптимизированы состав, структура, схема армирования.

Взаимодействие структуры датчика, технологии производства и алгоритмов обработки сигналов обеспечивает эффективность датчиков и сенсорных систем.

3. Основные направления в разработке ИПМ:

- миниатюризация сенсорных систем на базе нанотехнологии;

- совершенствование технологии встраивания датчиков;

- разработка новых типов термоустойчивых и радиопоглощающих композитов на основе полиимидов и полиариленов;

- разработка структуры датчиков, обеспечивающих самоконтроль и самокалибровку;

- разработка новых методов обработки сигнала;

- использование многосенсорных модульных систем.

4. Полимерные композиционные броневые материалы

1. Требования к броневым защитным материалам

Назначение, защита людей, техники от высокоскоростного проникающего воздействия инденторов (пуль, осколков).

Броневые материалы должны отличаться высокой устойчивостью к зарождению и росту трещин, легкостью, способностью поглощения и рассеивания энергии пули, высокой демпфирующей способностью.

2. Вариант конструкций и типы бронезащиты.

3 типа бронезащиты:

- текстильная броня;

- защитные изделия из ПКМ с дискретными волокнами сложных фиксированныъх форм (бронекаски, бронежилеты);

- защитные средства на основе волокнистых ПКМ с непрерывными волокнами или тканями для бронирования транспортных средств.

Защитные свойства композиционной брони зависят от типа волокон, текстуры ткани, количества слоев, скорости и формы индентора.

3. Современные броневые ПКМ

- на основе волокон из сверхмолекулярного полиэтилена (СВМПЭ);

- жидкая броня со структурой аэрогеля;

- броня на основе электроактивных полимеров;

- многослойные конструкции из лент (ЕАР) наполненных дисперсными магнитными и керамическими частицами особой формы и керамическими частицами особой формы;

- супергибридные полимер-матричные и полимер-керамические конструкции для защиты от высокоскоростных (1000 м/сек и более) пуль и осколков.

Разработаны волокнистые броневые ПКМ на основе эпоксидных, полиэфирных связующих и полиарамидных волокон (кевлар, СВМ), отличающихся высокими показателями вязкости разрушения и энергии, поглощенной при высокоскоростном воздействии.

Конкуренты этих материалов - волокнистые ПКМ с волокнами из сверхмодульного полиэтилена (СВМПЭ), которые в 1,5 раза легче и в 2 раза эффективнее брони на основе волокна кевлар.

В ОНПО «Технология» (г.Обнинск) разработана полимер-керамическая броня (внутренний слой - алюмооксидная керамика, пропитанная полимерным связующим; наружный слой - тканевый пакет из волокон СВМ).

В «Армоком» (Хотьково) разработаны супергибридные панели высших классов защиты (керамика + органопластик на основе полиуретанового эластомера и арамидной сажи).

5. Жидкокристаллические полимеры и композиты

1. Структура и свойства жидких кристаллов (ЖК)

ЖК - это вещества, находящиеся в промежуточном (мезоформном) состоянии между твердым кристаллическим и изотропным жидким состоянием. ЖК состоят из молекул удлиненной или дискообразной формы, взаимодействие между ними стремится их выстроить в определенном порядке.

Структурные элементы связаны слабыми дисперсными связями, поэтому небольшое внешнее воздействие (механические напряжения, температура, электрические и магнитные поля) приводят к заметным изменениям структуры и физических свойств ЖК (диэлектрической проницаемости, магнитной восприимчивости, тепло- и электропроводности).

В зависимости от характера упорядочения ЖК подразделяются на:

- нематики (ориентация в одном направлении);

- холестерики (спиральная структура);

- смектики (слоевая структура);

ЖК по способу получения подразделяются на:

- термотропные (образуются при термическом воздействии);

-лиотропные (образуются при растворении в определенных растворителях).

2 Жидкокристаллические полимеры (ЖКП)

ЖК состояние характерно для полимеров, содержащих бензольные циклы, содержащих в пара-положении группы -СОО, -СОNН, ?С-NН, -СН2-СН2, -N? N, -NH-CH2-, CH=N-NH.

ЖКП на основе органических молекул ассиметричной вытянутой формы сочетают уникальные свойства ЖК и полимеров, позволяющих изготавливать формованные литьевые и экструзионные изделия, волокна, пленки, покрытия.

В полимерах чаще всего реализуется нематическая форма ЖК фазового состояния. Некоторые полимеры образуют холестерическую ЖК структуру. Магнитное поле может вызывать переход холестерической структуры в нематическую.

Преимущества термотропных ЖКП: низкая вязкость, что позволяет изготавливать тонкостенные литьевые изделия сложной формы, низкий коэффициент термического расширения, высокая огне-, хемо-, водо-, трещиностойкость, высокие упруго-прочностные свойства, высокая устойчивость к УФ и ионизирующим излучения, высокие анизотропные оптические и диэлектрические свойства.

Специфика ЖКП - регулируемое изменение оптических, диэлектрических, теплофизических свойств под действием электрического поля (нематики, холестерики), нагрузок (холестерики); при нагревании (смектики, холестерики).

3. Методы получения ЖК композитов

2 способа получения ЖКК:

1) эмульгирование с последующим отверждением;

2) фазовое разделение, включающее получение раствора ЖК в полимере и отверждение.

В зависимости от способа отверждения различают фазовое разделение в результате:

- полимеризации;

- при охлаждении расплава;

- в результате испарения.

Морфология ЖКК определяется соотношением нематик-полимер.

Термотропные ЖКП (ароматические полиэфиры) получают:

- поликонденсацией мономеров при высокой температуре;

- переэтерификацией полимера меномером;

- прививкой ЖЕП;

- межцепным обменом между полимерами с группами -NH, -OH, -СООН.

Ароматические ПЭ (Vectra) перерабатываются традифионными методами.

Термотропные ПЭ отличаются низкой вязкостью, коротким временем цикла литья (10-30 с). Температура переработки зависит от типа ЖКП.

На основе ЭКП методом пултрузии изготавливают препреги с непрерывными стеклянными и углеродными волокнами.

4. Области применения ЖКК

Термотропные ЖКП целесообразно применять для изготовления тонкостенных изделий сложной формы небольших размеров для решения проблемы миниатюризации изделий в электротехнике, электронике, оптоэлектронике.

ЖКП марки Vectra используют в конструкции автомобильных фар, в качестве сенсоров и в интеллектуальных КМ.

Основные направления применения ЖК лиотропных систем:

- получение высокопрочных и высокомодульных волокон;

создание пленок с интересными оптическими свойствами;

- создание ЖК мембран в направленной и регулируемой проницаемостью.

ЖКК с холестериками, отличающихся высокой чувствительностью к небольшим изменениям, применяются в качестве термоиндикаторов.

ЖКК с нематиками, способных изменять пропускание света под действием электрического поля, перспективны для использования в устройствах для отображения информации (дисплеев).

ЖКК применяются в создании биокомпозитов.

6. Новые технологические приемы физической модификации ПКМ

1. Применение электрических и магнитных полей

Основная цель модификации с помощью внешних физических полей - регулирование кинетики процесса, управление структурой и эксплуатационными свойствами композитов, создание материалов-носителей электромагнитного поля.

Возможности модификации в электрических полях обусловлены электрической проводимостью и поляризацией полимеров.

Электрические и магнитные свойства связующих и наполнителей являются основными технологическими факторами при использовании полей. реактопласт микрокомпонент полимерный кристалл

Электрическая поляризация полимера приводит к образованию двойного электрического слоя на границе полимер - металл и увеличению адгезионной прочности.

Под действием электрического поля напряженностью 50-500 кВ/см происходит ориентация сегментов и полярных групп макромолекул, что вызывает изменение структуры и свойств полимеров.

Перестройка структуры полимеров при поляризации под воздействием электрических полей приводит к повышению прочностных характеристик на 15-50% за счет молекулярной ориентации вдоль силовых линий поля.

Установлена возможность полимеризации мономеров в сильных электрических полях.

В настоящее время большое применение находят полимерные электреты - диэлектрики, длительно сохраняющие в окружающем прост-ранстве электрическое поле за счет предварительной поляризации в результате контакта с короткозамкнутыми обкладками из разнородных металлов Сu-Аl, Cu-Zn, Cu-Ni.

Носители заряда из области электрического коронного разряда попадая в полимер, поляризуют ближайшие поверхностные диполи(полярные группы) и происходит ориентация диполей. Ориентированные диполи являются ловушками инжектированных зарядов, притягивая их и удерживая за счет кулоновского притяжении. Чем больше полярных групп в полимере, тем больше ловушек, тем выше начальная поверхностная плотность зарядов. Энергетическими ловушками в полимерах могут служить ионы примесей, свободный объем полимера, граница раздела фаз, поверхностные дефекты.

В последние годы накоплен большой объем экспериментальных данных по изучению кинетики химических реакций, структуры и свойств полимерных материалов под действием магнитных полей.

Изменение структуры полимеров под действием магнитного поля вызвано наличием анизотропии диамагнитной восприимчивости макромолекул полимеров.

Прочность композитов зависит от дисперсности и конфигурации частиц наполнителя, напряженности магнитного поля и времени действия.

Так, упрочнение ферропластов на основе полипропилена и феррита стронция под действием переменного электрического поля обусловлено структурными изменениями в материале: образованием жидкокристал-лической ориентированной структуры полимера ориентацией наполнителя и его равномерным распределением в объеме матрицы.

Доказана эффективность магнитного текстурирования при переработке магнитопластов в изделия методами прессования и литья под давлением.

Сотрудниками кафедры ХТ ЭТИ установлена возможность улучшения (на 20-60%) улучшения магнитных и прочностных характеристик магнитопластов на основе оксидных ферритов и интерметаллического сплава Nd-Fe-В в магнитном поле напряженностью 800 кА/м. Положительный эффект обусловлен образованием однородной ориентированной структуры полимерной матрицы, ориентацией магнитного наполнителя и изменения механизма поликонденсации фенолоформальдегидного связующего.

2. Применение ультразвуковых колебаний (УЗК)

Применение УЗ-обработки: для интенсификации перемешивания и диспергирования композиций, получения нанопорошков, в технологии переработки полимерных материалов методами прессования, литья и экструзии.

При воздействии высокочастотных УЗ-колебаний (свыше 18 кГц) в течение 30 сек. наблюдается ускорение и равномерность нагрева материала, снижение вязкости расплава, улучшение смачивания наполнителя и удаление летучих соединений; при этом в 1,5 раза снижается давление переработки, в 3 раза сокращается цикл изготовления прессовочных изделий из стекловолокнитов, повышаются на 15-40% прочностные характеристики за счет снижения уровня остаточных напряжений в изделии.

3. Применение инфракрасных, ультрафиолетовых и СВЧ-излучений

Разработана новая технология сушки стеклонаполненных термопластов с применением конвективно-лучевой сушки (ИК-лучей) в фонтанирующем слое.

УФ излучения рекомендуются для фотохимического инициирования, отверждения связующих, в технологии получения препрегов, в производстве пленочного холестерического жидкокристаллического термоиндикатора.

В последние годы расширяются области применение СВЧ-технологий.

Энергия электромагнитных колебаний сверхвысоких частот (2450 МГц) используется для вулканизации резины, интенсификации пропитки наполнителей, обработки волокон, полимеризации систем.

При воздействии МВИ на полимеризующуюся систему, в частности, акриламида, ускоряется процесс полимеризации и возрастает выход продукта.

СВЧ воздействие позволяет улучшить эксплуатационные свойства полисульфона, используемого в качестве сепаратора в химических источниках тока.

Установлено, что кратковременное воздействие СВЧ-колебаний в 10-15 раз сокращает время отверждения эпоксидной смолы.

7. Нанотехнологии

Нанотехнология - область знаний о процессах и явлениях, протекающих в системах, включающих нанофазы размером от 1 до 100 нм.

К полимерным наноматериалам относят нанокомпозиты с дисперсными наноразмерными углеродными, минеральными, металлическими и полимерными наполнителями, наноструктурированные пленки с высокими барьерными свойствами, наномембраны.

1. Классификация наноструктур

По различию линейных размеров они подразделяются на:

- нульмерные (ОД) - нанокластеры, фуррелены и др.;

- одномерные (1Д) - наностержни, нанотрубки, нанонити, наноленты, вискеры;

- двухмерные (2Д) - нанопластины, нанопленки, одсорбционные монослои и др.;

- трезмерные (3Д) - наночастицы, наночастицы в оболочке, нанокомпозиты.

2. Методы синтиеза наночастиц

2 метода получения наноматериалов:

- «снизу-вверх» (основан на росте наночастиц из отдельных атомов или молекул);

- «сверху-вниз» (основан на дроблении макрочастиц до наноразмеров).

Методы синтеза подразделяют на:

- физические (основаны на физических воздействиях без химического превращения);

- химические (образование нанофазы, сопровождается химическими реакциями).

К физическим методам получения наночастиц относятся::

- методы диспергирования (механохимическое диспергирование в мельницах, ультразвуковое диспергирование);

- получение наночастиц из пересыщенных паров металлов с последующим осаждением на подложку или в матрицу;

- электрохимическое генерирование (электролиз).

Химические методы синтеза:

- получение наночастиц Fe, CO, Ni из химических металлосодержащих соединений путем термолиза МСС, разложения МСС под действием ультразвуковых колебаний;

- восстановление МСС: водородом в газовой и конденсированной фазе, химическое восстановление в жидких средах, фотохимическое восстановление, радиационное восстановление.

Синтез углеродных нанотрубок (УНТ).

Уникальные свойства УНТ обусловлены сходством с графитовым слоем и полой (тубулярной) структурой с внутренним диаметром 0,5 нм.

Применение: наноэлектроника, наноэлектромеханические системы, армирующий наполнитель для нанокомпозитов.

Установлена зависимость структуры и диаметра УНТ от количества и состава катализатора, температуры и давления синтеза, скорости подачи источника углерода (графит, углероды) и способа синтеза.

Методы синтеза УНТ в зависимости от способа испарения углерода:

- термическое распыление графита в дуговом разряде в присутствии катализатора (СО, Fe, Ni) для синтеза одностенных УНТ;

- лазерное испарение графита;

- каталитический крекинг углеводородов (этилена, ацетилена);

- электролитический синтез.

3. Основные методы стабилизации наночастиц

Назначение: изоляция наночастиц и исключение межчастичных взаимодействий.

Способы стабилизации:

1. в матрице (жидкой и твердой фазе);

2. капсулирование

3. на поверхности графитизированных подложек и нанотрубок.

Особенности первого метода - использование ПАВ для модификации поверхности наночастиц.

Неорганические матрицы - цеолиты, стекло, алюмосиликаты и др.

Органические полимерные матрицы: полиэтилен, полипропилен, фторэтилен, ионообменные смолы.

Пример: Cинтезированы наночастицы сульфида кадмия (CdS) в расплаве полиэтилена высокого давления (доля наночастиц размером 3-25 нм в нанокомпозите составляет 10-30%). Внедрение наночастиц CdS в объем материала способствует проявлению полупроводниковых свойств.

Для получения наночастиц с твердым ядром и тонкой стабилизационной оболочкой применяют адсорбцию мономера на поверхности частицы, эмульсионную полимеризацию.

Капсулирование наночастиц можно осуществлять тонкими пленками политетрафторэтилена в процессе плазменной полимеризации.

8. Нанокомпозиты

1. Материалы. Нанонаполнители

Цель наполнения:

- повышение упругопрочностных свойств деформационной теплостойкости, трещиностойкости, стабильности размеров при низком объемном наполнении (1-5%);

- создание материалов с требуемыми электрическими, магнитными, оптическими, полупроводниковыми, теплозащищенными, радиопоглоща-ющими и экранирующими свойствами от волновых и ионизирующих излучений.

Виды наполнителей:

- металлические наночастицы и порошки;

- углеродные: фуллерены, углеродные нанотрубки, наносажи, нановолокна;

- керамические: пластины, нанослюды, стеклянные наночешуйки, наночастицы кремневой кислоты, оксидов кремния, алюминия, цинка, нанокаолин, карбид вольфрама.

Нанонаполнители отличаются высокими удельной поверхностью, поверхностной энергией и химической активностью.

Так, введение в состав композиций углеродных нанотрубок, фурреленов, астраленов приводит к улучшению механических и эксплуатационных свойств углепластиков: на 20-40% повышается прочность при сжатии, ударостойкость, в 2 раза - водо- и топливостойкость, на 30% - Т эксплуатации и в 1,8 раз - ресурс работы.

Используются полимеры различного состава, структуры и морфологии (линейные, сетчатые, разветвленные, гиперразветвленные, с боковыми и концевыми группами, блок- сополимеры, элементоорганические и металлоорганические, жидкокристаллические и электроактивные).

Разработаны полимерные нанокомпозиционные материалы (ПНКМ) на основе полипропилена, ароматических и алифатических полиамидов, полиэфиримидов, полиуретанов, поливинилиденфторида, полибутадиена, жидкокристаллических термотропных полиэфиров, эпоксидных связующих.

Связующие на основе элементосодержащих - олигометилфенолятов используют для получения стекло-, угле-, базальтопластиков со специальными свойствами и углеродкерамических композитов.

В качестве пленкообразующих лаков и эмалей используют растворы и расплавы дендримерных и гиперразветвленных полимерных наномолекул.

2. Способы получения нанокомпозитов

Полимерные нанокомпозиционных материалы (ПНКМ) получают как традиционными методами, так и специфическими методами синтеза элементосодержащих полимеров:

- совместное осаждение паров металлов и мономеров с последующей полимеризацией;

- введение в набухший полимер солей металлов с последующим восстановлением;

- синтез металлокомплексным фенолоальдегидных полимеров.

Разработана установка плазменного получения металл-полимерных композитов.

Применяется «золь-гель» технология получения ПНКМ с полимерной и керамической фазами с использованием агкоголятов состава М(OR) (где М -Si, Al, Ti, Zn, B; R - CH3, C2H5).

Наногибридные материалы («нанокомпемеры») получают осаждением наночастиц ZnO, SiO2, Mg(ОН)2, Al(OH)3 на поверхности частиц полимерных латексов с образованием неорганических оболочек, которые разрушаются при переработке, а наночастицы распределяются в полимере и фиксируются в его объеме при охлаждении.

Разработана УЗ-технология наномодифицированных углепластиков, включающая следующие операции; аппретирование наполнителей раствором фуллерена С60; УЗ-дезинтеграция нанотрубок; приготовление ультрадисперсной суспензии УНТ и астраленов в среде эпоксидных мономеров в УЗ-ванне, пропитка наполнителей; сушка и отверждение препрегов.

Порошкообразные композиционные материалы на основе наночастиц, стабилизированных в матрице - ПЭВД получают методом термического разложения металлсодержащих соединений в раствор - расплаве полиэтилен - масло.

3. Достижения в технологии нанокомпозитов

Японской компанией Mitsui Chtmicals освоен выпуск пылдезащитного нанокомпозита с высокими антистатическими свойствами из термопластичного полиимида и углеродных нанотрубок для производства автомобильных деталей, деталей авиационных двигателей и др.

Компания Du Pont разработала технологию нанесения нанометаллических покрытий из сплава Ni и Al на поверхность изделий из стеклонаполненного ПА-6,6 для повышения жесткости, прочности и теплостойкости.

Для повышения устойчивости остекления автомобильных фар из поликарбоната к абразивному воздействию предлагается плазмо-химическое газофазное напыление на их поверхность SiO2.

Разработаны огнестойкие композиции: с наночастицами Аl(ОН)3 на основе полипропилена для производства электрических кабелей; с наночастицами нанокаолина на основе полиэфирсульфона.

На основе наноферритов никеля и кобальта в сочетании с наносажей разработаны экранирующие и поглощающие СВЧ-излучения магнитоди-электрические покрытия.

В «НИКИМТ» (Россия) разработаны ПНКМ для биорадиационной защиты на основе жидкокристаллического полиэфира, наполненного метаборатом свинца (Ж «Полимерные материалы», 2010, №2-3, с.14-16)

В 2010 г на ООО «ИЭМЗ» «Купол» (г.Ижевск) освоен синтез углеродных металлосодержащих наноструктур для модификации эпоксидных связующих.

Предложено введение их в эпоксидную смолу в 2 стадии:

- приготовление тонкодисперсной суспензии металлсодержащих наноструктур в амином отвердителе;

- совмещение суспензии с эпоксидным олигомером.

В Санкт-Петербургском университете технологии и дизайна разработаны сорбционно-активные нанокомпозиты на основе сверхмолекулярного полиэтилена методом гель-технологии (журнал «Хим.волокна», 2007. №2, с. 33-36).

В РАН совместно с СГУ разработаны эффективные радиопоглощающие полимерные материалы на основе полиэтилена высокой плотности и наночастиц, содержащих железо, кобальт, свинец, молибден, феррит никеля.

Возрастает практический интерес к нанокомпозитам на основе полиметилметакрилата для оптических устройств, покрытий, полупроводниковых систем.

Предложен способ синтеза путем восстановления солей серебра водным раствором гидрата гидразина в среде полимера по методике «класпол».

Сотрудниками кафедры Химической технологии ЭТИ разработаны новые эпоксидные композиции на основе полититанатов калия (К2О; nTiO2) и замедлителей горения, в частности ТХЭФ, ТКФ, отличающихся повышенной прочностью, твердостью, износостойкостью и пониженной горючестью.

Доказана эффективность введения малой добавки полититаната калия в полиамиды как на стадии синтеза, так и переработки.

9. Мембранные технологии

1. Классификация полимерных мембран

а) по применению: незаряженные для фильтрации, ультрафильтрации и обратного осмоса; ионообменные заряженные для электромембранных технологических процессов (электродиализа, электролиза);

б) по геометрической форме: полимерные пленки, полые волокна.

Разделяющая способность мембран и их производительность зависит не только от химической природы полимера, но и структуры, которая определяется технологией получения мембраны.

Классификация мембранных процессов по движущей силе:

процесс	движущая сила
ультрафильтрация	?Р (перепад давления
обратный осмос	по обе стороны перегородки
электродиализ	?Е (разность электрических потенциалов)

2. Преимущества и области применения мембранных процессов.

Преимущества:

- высокая энергоэкономичность;

- небольшие капитальные затраты и срок окупаемости мембранных установок;

- низкие трудозатраты при эксплуатации компактных установок.

Недостатки - необходима очистка от взвешенных частиц; не существует универсальных мембран.

Ультрафильтрация и обратный осмос применяют для очистки сточных вод от органических и неорганических примесей.

Альтернативные незаряженные мембраны: ацетатные мембраны и полые волокна из полиамидов.

Весьма перспективны обратно-осмотические мембраны из полибензимидазола, ароматического полисульфона.

3. Электромембранная технология

Электродиализ - перенос ионов через ионообменную полимерную мембрану под действием разности электрических потенциалов.

Ионообменная мембрана с точки зрения ВМС - сильносшитый нерастворимый полимер с высокой гидрофильностью и электро-проводностью.

Применение электродиализа: обессоливание воды и получение сверхчистой воды, опреснение морской воды, выделение и очистка фруктозы, очистка сточных вод от солей тяжелых металлов, осушка бензина, сульфитация винных сред и др.

Виды ионообменных мембран:

- катионитовая мембрана (МК) - МК-40-Л (изготовлена из полиэтилена и сульфокатионита, армированная сеткой из лавсановых волокон;

- анионитовая мембрана fВ-17 - изготовлена из ПЭ и анионообменной смолы КУ-2;

- «Каспион» - на основе сульфированного фенилона;

- «Nafion» - на основе тетрафторэтилена (Япония).

К числу приоритетных направлений научных разработок кафедры ХТ ЭТИ относится разработка нового класса хемосорбентов - композиционных хемосорбционных материалов «поликон» на базе способа поликонденсационного наполнения для применения в качестве ионообменных наполнителей каналов обессоливания электродиализных установок.

4. Наномембраны

Нанофильтрационные мембраны получают:

- методом полива растворов дендриметов и пленкообразующих полимеров с формированием пленок после удаления растворителей. Диаметр нанопор определяется размером молекул кипящего растворителя и дендримера;

- фазоинверсионным методом;

- селективным растворением дендримеров из пленок;

- облучением пленок высокоэнергетическими ионами с последующим химическим травлением.

Наномембраны используют для фильтрации и разделения жидких и газовых смесей, в процессах диализа биологических структур, в фильтрах доочистки питьевой воды, кристаллизационных растворов, газодиффузионной очистке воздуха.

Размещено на Allbest.ru

...