Нанотехнологии все глубже проникают в полимерную отрасль. В частности, сегодня одно из бурно развивающихся направлений – нанокомпозиты… Представляем обзор последних достижений на стыке нанотехнологий и технологии полимеров…

Нанокомпозитную отрасль ждет бурный рост

Нанокомпозитные материалы на основе полимеров существуют уже несколько десятилетий, но пока рынок для этих новых материалов не спешил развиваться. Однако, в последние годы спрос на инновационные композиты оживился и они наконец-то готовы к крупным достижению на рынках, таких как автокомпоненты и упаковка.

К 2011 году, например, американский рынок нанокомпозитов удвоится, а может быть вырастет еще больше и достигнет по оценкам экспертов почти 150 тыс тонн в год, что для специальных материалов очень и очень внушительная цифра. А к 2025 году, ожидается, что нанокомпозитные материалы в США будут выпускаться на примерно 9 миллиардов долларов в год, что составит около 2 млн тонн материалов.

Обозначенный рост будет основываться, прежде всего, на уменьшении себестоимости, а следовательно и цен на нанополимеры и их композиции, поскольку некоторые технические проблемы относительно дисперсии наноаддитивов в полимеры уже преодолены. Ожидается, что среди материалов будут доминировать нанокомпозиты, основанные на крупнотоннажных товарных пластиках: полипропилене, полиэтилене и поливинилхлориде. Среди термореактивных смол лидерами среди связующих для нанопластмасс будут разновидности полиэфиров и эпоксидных смол.

Упаковочная отрасль и детали для автомобилей - два ключевых рынка для нанокомпозитов, они будут составлять почти половину спроса на эти материалы в 2011 году. Однако, к 2025 году, электрокомпоненты и детали электроники сумеют увеличить количество потребляемых нанопластмасс, в связи с внедрением новых токопроводящих материалов. Строительство также появится как существенный рынок, поскольку нанокомпозиты уже начинают заменять армированные различными волокнами пластмассы для решения многих задач.

"Жесткий полипропилен" поможет нанотехнологиям

Уже несколько лет ученые пытаются повторить удивительные способности маленькой ящерицы – геккона. И вот, исследователям из Беркли удалось продвинуться еще на шаг в создании нового типа материала, который, возможно, позволит в будущем людям карабкаться по стенам с такой же легкостью, как это делает геккон.
Команде нанотехнологов из Калифорнийского Университета в Беркли (University of California) давно известно, почему геккону удается ползать по стенам. Все дело в миниатюрных волосках нанометровых размеров, расположенных на ногах рептилии. Они и обеспечивают прилипание ящерки к поверхности.

Нанотехнологии сегодня могут обеспечить почти точное воспроизведение прилипающей поверхности ноги геккона, вот только ученые долгое время не могли подобрать необходимый для этого материал.

Ранее использовали даже кремниевые нано-волоски, полученные фотолитографической техникой, однако они не давали должного сцепления с поверхностью для прилипания.

В новом исследовании ученые взяли новый материал – жесткий полипропилен, из которого был сформирован «ковер» из нанонитей диаметром 600 нанометров, что в 100 раз меньше диаметра человеческого волоса.

И, как ни странно, жесткий полипропилен показал лучшие результаты, чем все остальные материалы (кремний и ряд полимеров). Получившаяся пленка площадью около двух квадратных сантиметров может держать на вертикальной стеклянной поверхности груз до 400 грамм!
Это почти 1/6 от «прилипательной» силы геккона, и это максимум, что исследователи могут сегодня добиться от наноматериала. То есть пока природа лучше понимает в нанотехнологиях, чем ученые.

Но ученые не расстраиваются, так как полученный результат сообщает о том, в каком направлении должны развиваться дальше полимерные нанотехнологии.

Изобретена искусственная кожа, способная чувствовать тепло и холод

Разработанный в Национальной лаборатории Оук Ридж новый вид искусственной кожи, созданной из тонких слоев полимеров и углеродных нанотрубок, позволит и людям, и роботам чувствовать тепло, холод и давление.

"Прибегнув к технологии углеродных нанотрубок, мы сможем не только приблизиться к характеристикам настоящей кожи, но даже превзойти их", - говорит один из участников исследования Джон Симпсон.

Проблема чувствительности искусственного кожного покрова до сих пор остается актуальной в технологии протезирования, поскольку в настоящее время - при высоком уровне развития компьютерных технологий и робототехники - искусственная кожа до сих пор остается нечувствительным пластиковым покрытием.
Сейчас специалисты трудятся над созданием FILMskin - Flexible, Integrated, Lightweight, Multifunctional skin. Эта кожа будет обладать водоотталкивающими свойствами и чувствительностью к изменениям температуры и давления.

Специалисты полагают, что такое покрытие не будет отторгаться организмом. В будущем планируется разработать сенсоры, связанные с нервной системой человека, что позволит передавать сигналы в мозг.

Изготовлен новый полимер

Профессор То-Минг Лу (Toh-Ming Lu) и его коллеги из политехнического института Ренслеера и компании Polyset Company разработали новый недорогой быстрозастывающий полимер PES (polyset epoxy siloxane), который может привести к значительному удешевлению и повышению эффективности процесса производства полупроводников и изготовления микросхем.
Одним из этапов процесса фотолитографии является нанесение тонкой полимерной пленки – слоя перераспределения – на кремниевую подложку, который способствует распространению сигнала и защищает микросхему от воздействия внешних факторов. В качестве полимера для изготовления слоя перераспределения может использоваться PES, который к тому же обладает еще одним полезным свойством – он может также применяться и для технологии нанопечати.
Новый полимер отвердевает при температуре 165 градусах Цельсия, что на 35% ниже по сравнению с другими материалами, использующимися в фотолитографии. Кроме того, он обладает низким водопоглощением и высокой адгерзией к меди. PES может также использоваться для изготовления оптических приборов, индикаторных панелей и микроэлектромеханических систем.
 

Морозо- и износоустойчивые нанокомпозиты

www.nanonewsnet.ru:

От - 60 — до + 250 С - таков температурный диапазон применения нанокомпозитов, разработанных в Институте проблем нефти и газа СО РАН (Республика САХА).

Александр САФРОНОВ, директор Института проблем нефти и газа СО РАН

В настоящее время существует острая проблема повышения надежности, безопасности и эффективности эксплуатации техники, технологического оборудования, трубопроводов, жилищно-коммунальных объектов в регионах Российского Севера вследствие недостаточной морозо- и износостойкости промышленных конструкционных материалов.

Известно, что производительность техники на Севере снижается в среднем в 1,5—2 раза, фактический срок службы по сравнению с нормальным сокращается в 2—3,5 раза.

Одним из решений данной проблемы является замена традиционных полимерных композитов на наноматериалы, содержащие в своем составе нанокомпоненты с различными механизмами воздействия на полимерную матрицу, обусловливающие приспосабливаемость материалов к внешним воздействиям и обеспечивающие оптимальные служебные характеристики.

В Институте проблем нефти и газа СО РАН с начала 80-х годов прошлого века проводятся систематические исследования по созданию триботехнических полимерных и эластомерных нанокомпозитов. Разработана широкая гамма материалов антифрикционного и уплотнительного назначения на основе политетрафтор¬этилена, сверхвысокомолекулярного полиэтилена, бутадиен-нитрильных и фторкаучуков.

Особенности химического строения и структуры данных полимеров (способность к кристаллизации, высокая гибкость и эластичность) позволяют легко перестраивать фазовую морфологию смесей при механоактивационных воздействиях для получения материала со значительно улучшенными свойствами.

Впервые установлены закономерности формирования нанокомпозитов, базирующиеся на влиянии естественного поляризационного заряда наночастиц на механизмы кристаллизации полимеров. Приоритет Института на рецептуры нанокомпозитов и технологии их получения защищен 20 патентами РФ.

Разработанные полимерные нанокомпозиты используются для изготовления подшипников скольжения, уплотнительных деталей различного назначения и характеризуются повышенными износостойкостью (в 300—1000 раз), несущей способностью, деформационно-прочностными характеристиками и могут эксплуатироваться в температурном диапазоне от минус 60 до плюс 250o С при давлениях до 30 МПа, в условиях воздействия агрессивных рабочих сред.

Разработанные уплотнительные эластомерные нанокомпозиты по сравнению с серийными резинами обладают повышенными морозо- (в 2—3 раза), износо- (в 2 раза) и агрессивостойкостью (в зависимости от среды в 2—10 раз), характеризуются повышенной экологичностью вследствие исключения утечек агрессивных сред и загрязнения окружающей среды. Температурный диапазон применения от минус 60 до плюс 100°С.

В настоящее время производство уплотнений и подшипников скольжения организовано в ООО «Нордэласт» и ООО «Технопласт», созданных Институтом при поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по федеральной программе «Старт».

Институт проблем нефти и газа СО РАН
677007, Республика Саха (Якутия), г. Якутск
ул. Автодорожная, 20.
Тел: (4112)35 72 93,
Fax: (4112) 357333

По материалам: ПластЭксперт, cnews.ru, www.nanonewsnet.ru,
27 января – 26 февраля 2008

Об авторе:
Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков оказывает три вида услуг, связанных с анализом рынков, технологий и проектов в промышленных отраслях - проведение маркетинговых исследований, разработка ТЭО и бизнес-планов инвестиционных проектов.
• Маркетинговые исследования
• Технико-экономическое обоснование
• Бизнес-планирование

Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков
Тел.: (495) 918-13-12, (495) 911-58-70
E-mail: mail@akpr.ru
WWW: www.akpr.ru