Фото: Сканированная поверхность образца стабилизатора суспензии (увеличение 300Х). Источник пресс-служба ПНИПУ
Прорывная разработка Пермского Политеха
Исследователи из Пермского Политеха впервые в стране предложили технологию получения стабилизирующего вещества из локального сырья, которое может применяться в процессе создания полимеров. Данное достижение создает возможность для полного отказа от иностранных компонентов и усиления технологической самостоятельности ключевых промышленных направлений.
Научная работа была размещена в издании «Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Химическая технология и биотехнология». Исследование выполнено в рамках программы «Приоритет 2030».
Химическая промышленность служит фундаментом для множества сфер: строительства, машиностроения, агропромышленного комплекса. Именно по этой причине сейчас крайне важным является вопрос замещения не только готовых изделий, но также формул, составов и технологических процессов, которые исторически развивались за пределами России.
К стратегически важным продуктам химической отрасли сегодня относятся полимерные материалы, используемые в форме легких гранул для множества целей: создания тепло- и шумоизоляции, легких бетонных смесей и упаковочных материалов. К таким продуктам относятся, например, пенопласт, разнообразные пластики и полимерные композиты. Потребность на них в России устойчиво высока, и они включены в список продукции, имеющей критическое значение для развития инфраструктуры городов.
Однако изготовление полимерных материалов — это сложный технологический процесс. Первоначальное сырье требуется преобразовать в твердые гранулы строго определенного размера и структуры. Любое нарушение режима ведет к получению некондиционного продукта: вместо однородных частиц формируются комки (различного размера или с дефектами), не подходящие для последующего применения.
Конечный результат определяется множеством факторов и зависит, среди прочего, от состава используемых стабилизирующих веществ и добавок, которые могут воздействовать на качество изделия. Проблема заключается в том, что до настоящего времени их российских альтернатив не существует. В стране осуществлялись некоторые научные работы в этом направлении, однако достигнутых результатов оказалось недостаточно для формирования завершенной производственной технологии.
Основная трудность состоит в том, что прямое копирование зарубежных методик невозможно: характеристики российских материалов могут различаться, и требуется самостоятельная корректировка всех параметров.
Суть исследования и методика
Ученые Пермского Политеха впервые в России изучили методы получения стабилизирующих компонентов, которые могут быть использованы при выпуске пенопласта. Они создали технологию, позволяющую применять доступные отечественные материалы и заместить импортные вещества.
Работа началась с подбора сырья: исследователи взяли как основу соединения кальция и фосфора, то есть использовали доступные аналоги иностранных реагентов, и изучили, как именно необходимо подготовить их для получения продукта с требуемыми свойствами.
Но подготовка сырья — лишь один из факторов, влияющих на результат. Не менее критично установить правильное соотношение компонентов. Для этого ученые выполнили ряд экспериментов, в каждом из которых изменяли ключевой параметр — концентрацию кальция и фосфора.
— Синтез образцов осуществлялся в строго контролируемых условиях. Процесс проводили в жидкой фазе при перемешивании с последующим выделением продукта. Полученные образцы подвергли анализу: определили размер и форму частиц, а также химический состав, — пояснила Асия Кобелева, кандидат технических наук, доцент кафедры «Химические технологии» ПНИПУ.
В ходе экспериментов исследователи определили условия, при которых образуется продукт, аналогичный по свойствам и качеству импортным образцам, применяемым при производстве пенопласта. Они установили оптимальное соотношение кальция и фосфора, при котором образцы были максимально близки к иностранным материалам по своим характеристикам (размеру и однородности частиц).
Специалисты также определили, как наиболее эффективно подготовить один из ключевых компонентов сырья — карбонат кальция. Они сравнили два метода измельчения: ручное в ступке и в лабораторной мельнице. Измельчение в мельнице оказалось существенно более эффективным: гранулы получились в несколько раз меньше, чем при ручном способе, а их форма — более однородной.
— Полученный компонент представляет собой мелкий порошок, форма частиц которого приближена к сферической. При изучении под микроскопом видно, что каждая такая гранула состоит из более мелких игольчатых кристаллов. Благодаря такой структуре площадь поверхности порошка оказывается очень значительной — а чем она больше, тем выше активность добавки, и тем меньше ее требуется для производства пенопласта, — добавила Асия Кобелева.
Практическое значение и перспективы внедрения
Разработка позволяет организовать собственное производство стабилизирующих компонентов. Созданная добавка обладает требуемой структурой и размером частиц, а значит, способна заместить импортные аналоги.
Результаты работы будут применены на российских предприятиях. Данный состав добавки может использоваться при изготовлении полимерных материалов для тепло- и звукоизоляции зданий, трубопроводов, при производстве упаковки для оборудования, а также в бытовой сфере.
Кроме того, технология синтеза основана на доступном для России сырье и не требует сложного оборудования, что упрощает ее переход на промышленные объемы. Это дает возможность организовать выпуск пенопласта, уменьшая зависимость от иностранных поставок и снижая затраты, связанные с приобретением и логистикой зарубежных компонентов.
Ранее журнал «Химагрегаты» сообщал о том, что в Сеченовском университете стартовала разработка по синтезу полимерных композитов с заданными свойствами.