В Российско-армянском инновационном центре состоялась презентация инновационного проекта члена-корреспондента НАН РА, профессора Севана ДАВТЯНА "Армированные термо-и реактопласты c наносистемами природного происхождения". Были представлены данные по синтезу и исследованию свойств полимерных нанокомпозитов с нанотрубками природного происхождения.
УЖЕ БОЛЕЕ ПЯТНАДЦАТИ ЛЕТ ЛАБОРАТОРИЯ С.ДАВТЯНА занимается исследованием проблем синтеза различных полимерных нанокомпозитов. В лаборатории были синтезированы полимерные нанокомпозиты со сферическими частицами и исследованы нюансы свойств полученных материалов. Получены результаты, имеющие не только научное, но и большое практическое значение. В качестве нанодобавок использованы высокотемпературные сверхпроводящие слоистые наноматериалы со сверхпроводящими свойствами. В докладе были приведены результаты по синтезу и исследованию свойств нанокомпозитов, армированных естественными нанотрубками.
Интересен выбор природных нанотрубок: использованы волокна паутины, которые обладают особой прочностью. Исследователи исходили из важных предпосылок — биологические материалы, созданные природой, по многим свойствам превосходят материалы, созданные человеком. До сих пор ученым так и не удалось получить полных аналогов природных биологических материалов — ни один из них не выдерживает тех огромных нагрузок, которые испытывают перья птиц в условиях резких поворотов во время полета. Колоссальные нагрузки выдерживают и морские ракушки. Человек не смог создать материалов и, следовательно, изделий, близких к свойствам ракушек, хотя может выделить из них основное, ответственное за прочность вещество – хитозан. Паутиновые волокна, созданные природой, являются самым прочным в мире материалом. Подобных синтетических аналогов не существует.
Таким образом, выбор паутины в качестве нанодобавок был предопределен не только его необычной прочностью, но и интересом для исследования свойств композита на основе паутины и полимерного связующего. Сегодня имеется множество работ по изучению самой паутины, но почему-то никто не догадался использовать эти волокна в качестве укрепляющих материалов в полимерной матрице. Чтобы избежать сложных процессов, использовалась паутина, очищенная от биологических веществ, нанесенных пауком на поверхность волокон.
НЕМАЛОВАЖНЫМ ФАКТОРОМ В РАБОТАХ ДАВТЯНА ЯВЛЯЕТСЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НЕТРАДИЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ – фронтальной полимеризации. Этим методом лаборатория Давтяна монопольно занималась начиная с 1970-х годов в научном центре Черноголовки — в Институте химической физики АН СССР. После переезда Давтяна в Ереван в 1992 году его ученики из Черноголовки разъехались по разным странам, где продолжают исследования по фронтальной полимеризации. Благодаря этому в настоящее время почти во всех развитых странах активно занимаются исследованиями в области этой нестандартной, высокоэффективной, экономически выгодной и экологически чистой технологии.
Суть фронтальной полимеризации заключается в том, что этот процесс, в отличие от традиционных методов, проводится не во всем объеме реактора, а инициируется кратковременным локальным приложением тепла — с одного из концов реактора — и происходит в режиме распространения тепловой волны полимеризации. Эта реакция сопровождается выделением тепла. В традиционных технологиях в результате разогрева реакционной среды в процессе полимеризации возникает опасность взрыва. Чтобы избежать этих последствий, на реактор надеваются охлаждающие системы, а в реагирующие массы добавляется растворитель для уменьшения скорости саморазогрева полимеризующейся массы. Понятно, что затрачивается электроэнергия на охлаждение, а отработанные растворители или выбрасываются в окружающую среду, создавая экологические проблемы, или приходится проводить дорогостоящую переработку отходов для использования их в новом цикле.
При фронтальной полимеризации используется именно то выделяющееся в процессе полимеризации тепло, от которого стремятся избавиться в традиционных технологиях. Таким образом, метод фронтальной полимеризации кроме высокой производительности имеет и другое важное преимущество — он экологически безопасен и, как выяснилось в последние десятилетия, способен решить одну из основных проблем нанотехнологий. Дело в том, что наночастицы в силу своей высокой активности, находясь на доступном друг для друга расстоянии, притягиваются и слепливаются друг с другом, образуя агломераты с укрупнением наночастиц и потерей тех привлекательных свойств, которые присущи их наноразмерности.
В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЭТОЙ ПРОБЛЕМЫ УЧЕНЫЕ ИСПОЛЬЗУЮТ РАЗНЫЕ МЕТОДЫ, которые не полностью решают проблему и связаны с технологическими сложностями. Как выяснилось в последнее время, специфика фронтальной полимеризации исключает слепливание наночастиц, они фиксируются и равномерно распределяются в объеме полимерного композита. Этот метод и был использован для синтеза высокопрочных нанокомпозитов с паутиновыми волокнами. Исследования показали, что полученный материал не только превосходит по своим прочностным свойствам все композиты на основе использованных полимеров, но и неожиданно приобретает эластичные свойства благодаря специфике этих волокон.
Предлагаемые в проекте полимерные нанокомпозиты с природными нанодобавками являются высокопрочными материалами, которые могут быть использованы в машиностроении, самолетостроении и оборонной промышленности. Разработана нетрадиционная технология введения природных наноструктур в полимерную матрицу. Аналогов подобных полимерных нанокомпозитов в настоящее время не существует.
Полученные материалы обладают высокой прочностью, в три раза превышающей прочность полимерной матрицы, используемой в композитах.
Исследовательские и внедренческие работы ведутся совместно с базовой лабораторией "Макрокинетика полимеризационных процессов", которой заведует профессор А.Тоноян.
На презентации присутствовали представители Государственного инженерного университета Армении, Ереванского государственного университета, Института химической физики НАН РА, Института органической химии НАН РА, Института радиофизики НАН РА, председатель и члены Центра АрмНано, организованного в сотрудничестве с РосНано, врачи и биологи.
