О. Л. ФИГОВСКИЙ, Д. А. БЕЙЛИН
Polymate Ltd.-International Nanotechnological Research Center, Migdal HaEmek, Israel
Международный Исследовательский Центр Нанотехнологии Polymate Ltd. (INRC) решает фундаментальные и прикладные задачи материаловедения, преимущественно в области получения нанокомпозитов на основе полимерной, органической и металлической матриц. Polymate Ltd.-INRC, аффилированный в Израильский Нанотехнологический Консорциум успешно сотрудничает с ведущими университетами и промышленными компаниями Европы, Японии, Канады, США, странами СНГ.
Новейшая разработка Polymate Ltd.-INRC "Сетчатые наноструктурированные полимерные компаунды" была отмечена наградой NASA Nanotech Briefs®’ Nano 50™ Awards (2007)
Остановимся кратко на некоторых законченных разработках компании, которые нашли потребителя или находятся в стадии его поиска.
1. Наноструктурированные полимерные композиты сетчатой структуры
Результатом работы явилась технология получения нанокомпозиционных материалов, содержащих взаимопроникающие полимерные сетки (ВПС) на основе полиуретанов, эпоксидных смол и акрилатов, модифицированные в жидкой фазе наночастицами SiO2, TiO2 или другими окислами металлов. Главным элементом технологии были разветвленные (дендровидные) аминосиланы, которые служат отверждающим агентом для многих олигомеров. Предложенные дендро-аминосилановые отвердители позволяют интродуцировать силоксановые фрагменты в структуру эпокси-аминовой композиции, а дополнительный гидролиз аминосиланового олигомера получить вторичный нанострутктурированный сетчатый полимер, который существенным образом повышает эксплуатационные характеристики компаунда. Такие наномодифицированные полимерные сетки создают уникальную возможность регулирования микро и наноструктурными характеристиками новых композиционных материалов. Разработанные разветвленные дендроаминные отвердители являются новым направлением в химической технологии циклокарбонатов, эпоксидных и акриловых смол.
Полимерные нанокомпозиты нового класса являются экологически чистами материалами, не содержащими вредные или летучие компоненты. Двухкомпонентный компаунд объединяет высокие механические характеристики полиуретана и химическую стойкость эпоксидного связующего.
Создана пилотная установка для получения двухкомпонентных составов покрытий, в том числе полов производственных и общественных помещений, адгезивов и т.п.
2. Нанокомпозиты на основе гибридной органо-силикатной матрицы
Органо-неорганические наноструктуры вызывают повышенный интерес вследствие присущих им оптических, механических и электромагнитных свойств, специфичных для неорганических кристллов и химической функциональности характерной для органических компаундов. В этом качестве такие соединения могут быть успешно использованы в электротехнической, оптической и медицинской промышленности.
Polymate Ltd.-INRC разработал несколько новых композиционных материалов на основе силикатной матрицы. Резкое увеличение прочности и ударной вязкости таких материалов было достигнуто за счет введения в матрицу специальных жидких добавок типа тетрафурфурилосисилана которые играют роль инициаторов микрокристаллизации и кольматирующего агента.
Наши последние разработки в этом направлении связаны с применением новых типов растворимых силикатов, содержащих органические катионы.
3. Полимерные нанокомпозиционные материалы с высокой коррозионной стойкостью
Разработан ряд новых химически стойких полимерных материалов, в состав которых входят наноразмерные неорганические добавки, которые при взаимодействии с агрессивной средой, образуют высокопрочные гидратные комплексы. Иными словами, собственно агрессивная среда активирует достижение высоких антикоррозионных показателей этих материалов.
Polymate Ltd.,INRC предлагает широкий спектр таких нанодобавок для модификации большинства известных полимеров, работающих в разных коррозионных средах, в том числе кислотных, щелочных, морской воде, фтора и т.п..
4. Эпокси-полибутадиеновые композиционные материалы с наногетерогенной структурой
Исследованы свойства и разработана технология производства новых композиционных материалов и компаундов наногетерогенной структуры, основанной на эпоксидных смолах, жидком каучуке, аминных отвердителях и фторосодержащих поверхностно-активных веществах.
.
Покрытия на основе этих материалов обладают хорошей химической стойкостью, высокими механическими характеристиками и термостойкостью.
Наноструктурированные эпокси-каучуковые покрытия бетонных и железобетонных конструкций резко уменьшают их деформативность при кратковременном и длительном действии нагрузки. Испытания железобетонных балок показали, что деформации ползучести при изгибе снижаются в два-три раза по сравнению с балками без таких покрытий. Защитные эпокси-каучуковые покрытия обеспечивают увеличение прочности на растяжение при изгибе бетона в два-три раза и, следовательно, его трещиностойкость.
5. Новый тип металлокомпозитов: наноармирование металлической матрицы методом сверхглубокого проникновения (СДП)
Разработан и внедрен в промышленное производство технологический процесс получения композиционных материалов с металлической матрицей, обладающие рядом уникальных физико-механических характеристик на базе нового физического эффекта "сверхглубокого проникновения" (эффект Ушеренко).Такие металлокомпозиционные материалы успешно применяются при изготовлении металлорежущих инструментов и штампов, для замены дорогих вольфрамосодержащих резцов врубовых машин и т.п..
Применение полученных металлокомпозитов увеличивает ресурс инструментальной стали в 1,5-5 раз.
СДП метод позволил получить наноармированные композиты на основе алюминиевой матрицы, обладающие анизотропией механических и эдектромагнитных свойств. Такие материалы с объемной реорганизацией физико-механических характеристик могут найти применение в электроприборах и электронных устройствах, а стоимость их получения не превосходит 40 $/кг.
6. Вододисперсионные краски с биоцидными свойствами, содержащие нанопорошки серебра
Polymate Ltd.,INRC разработал новое биоактивное покрытие с применением наночастиц серебра. Биологическая активность покрытия успешно прошла испытания при контакте с рядом болезнетворных бактерий и вирусов, фунгицидных контаминантов и другой микрофлоры.
Результаты испытаний подтвердили все преимущества разработанного биологически активного наномодифицированного покрытия.
7. Наноцеллюлоза и композитные материалы способные к биодеградации.
Polymate Ltd.,INRC апробировал экологически чистую и ресурсосберегающую технологию промышленного получения наноцеллюлозы в форме водной дисперсии, пасты или сухого порошка. Наноцеллюлоза может быть использована в качестве аддитива к адгезивных материалам, краскам, в фармацевтической промышленности при изготовлении кремов.
Американское агентство по пищевым продуктам и лекарственным препаратам (FDA) сертифицировало разработанную нами водную полимерную наноструктурированную композицию CreenCoatТМ , предназначенную в качестве покрытия бумаги и картона, защищающая субстрат от воздействия воды, жиров и т.п. Отходы материала с таким покрытием могут быть репульпированы и использованы в промышленности производства бумаги; они способны к разложению микроорганизмами.
REFERENCES
1. O. Figovsky, V. Karchevsky, D. Beilin: Crack-resistant and anticorrosive coatings based on vulcanized water dispersion ochlorine-sulphopolyethylene, Anti-Corrosion Methods and Materials, vol.50, No.2, 2003, pp.1-13
2. O. Figovsky, L. Shapovalov, M. Ioelovich, O. Axenov: Advanced Coatings for Industrial Application ,Pitture e Vernici - European Coatings, 2003, Vol.79, No.7, pp18-25
3. O. Figovsky, L. Shapovalov: New Nonisocyanate Polyurethane Coatings, China Coatings Journal (CCJ), No. 2, 2006, pp. 49-58
4. O. Figovsky: Active Fillers for Composite Materials: Interaction with Penetrated Media
Encyclopedia of surface and colloid science/ edited by P. Somasundaran. N.Y. 2006, volume 1, pp. 94 - 96.
5. O. Figovsky and L. Shapovalov: Cyclocarbonate Based Polymers Including Non-Isocyanate Polyurethane Adhesives and Coatings,Encyclopedia of surface and colloid science/ edited by P. Somasundaran. N.Y. 2006, volume 3, pp.1633 - 1652.
6. S. Usherenko, O. Figovsky, Superdeep penetration as the new: physical tool for creation of composite materials, Advanced Materials Research Vols. 47-50 (2008) pp 395-402
7. O. Figovsky et al.The physics of superdeep deep penetration phenomenon, Journal of Technical Physics, vol. 49. No.1, 2008, pp. 3-25.
8. O. Figovsky, E. Badamshina, M. Gafurova, L. Shapovalov: Fullerene-containing nanostructured polyurethanes..PU Magazine, vol. 5, 2008, pp. 309-316.
9. O. Figovsky, D. Beilin, N. Blank:,Advanced environent friendly nanotechnologies, In the book "Silicon Versus Carbon" (editors: Yu. Magarshak, s. Kozyrev, ashok K. Vaseashta), Springer Science + Business Media B.V. 2009 pp. 19-29.
10. A. Zaruev, O. Figovsky:.Production process of the new advanced nano-based super abrasive diamond like B4C material..News of KSUAE, No.1 (11), 2009, pp. 256-260.
11. O. Figovsky:.Nanostructured oligomers based systems and novel industrial materials based on them.
In the book "Oligomers 2009", Moscow-Chernogolovka-Volgograd, 2009, pp. 53-66.
12. N. Blank, O. Figovsky:.Epoxy-rubber coatings with nanoheterogenic structure, Paint industry (in Russian), Moscow, No. 10, 2009, pp. 14-16.
13. O. Figovsky, N. Blank:Novel active nanofillers for increasing chemical resistance and durability of polymer composite materials.The 15th International Conference "Additives 2006", Las Vegas, Nevada, USA, 30 January - 1 February 2006, pp. 9/1-9/12
14. O. Figovsky, Yu. Borisov, D. Beilin: Rubber Concretes for Industrial Floors
Proceedings of 6th International Colloquium Industrial Floor'07, Germany, 2007, vol.1, pp.155-163.
15. I.Surovtsev, Yu. Borisov, D. Perekalsky, O. Figovsky, D. Beilin: Attenuation of gamma-Radiation by Polymer Concrete and its Resistance to Radioactive Radiation.XIIth Intern. Congress on Polymer in Concrete (ICPIC 2007), Proceeding, Chuncheon.Korea, 2007, vol. 1, 2007, pp. 293-297
16. O. Figovsky: Materials Nanotechnology: Risks and Benefits. Proceedings of EuroNanoForum 2009, Prague, Czech Republic, 2-5 June 2009. pp.175-176.
17. O. Figovsky, L. Shapovalov: Modification of epoxy system by hydroxyurethane oligomers.
Abstacts of X international Conference on Chemistry and Physics of Oligomers. Bolgograd, Russia, September 7-11, 2009, p. 182.
18. O.Figovsky, D. Beilin: Building Materials Based on Advanced Polymer Matrix. Review, Scientific Israel- Technological Advantages, v.10, No.3,4, 2008 pp. 1-119
19. US Patents: 5,880,203; 6,303,683; 7,232,877; 5,407,198; 6,960,619; 6,294,265
20. EU Patents:: 1070733; 1020457
