КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 22-73-10036

НазваниеМультифункциональные материалы для целевой модификации промышленно выпускаемых термопластов.

РуководительХаннанов Артур Айдарович, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет", Республика Татарстан (Татарстан)

Период выполнения при поддержке РНФ 07.2022 - 06.2025 

Конкурс№71 - Конкурс 2022 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-602 - Химия новых органических и гибридных функциональных материалов

Ключевые словаАддитивные технологии, термопласты, наполнители, добавки, смарт материалы

Код ГРНТИ31.25.15

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В настоящее время аддитивные технологии (АТ) масштабно внедряются в промышленное и полупромышленное производство. В основном это связано с техническими преимуществами, позволяющими создавать изделия сложной геометрии и специализированные продукты, что ранее было невозможно или нерационально с использованием традиционных методов. Помимо этого, АТ обладают большим потенциалом в повышении эффективности производства и обеспечении большей функциональности материалов по сравнению с традиционными методами. Применение АТ сокращает потребность в специальной оснастке при изготовлении деталей, повышает эффективность производства инструментов и сокращение отходов материала. Высокие темпы развития аппаратной базы аддитивных технологий значительно опережают развитие сырьевой базы, это накладывает ограничения применения 3D печати для изготовления компонентов и/или изделий с высокими эксплуатационными характеристиками и уникальными специальными свойствами. По этой причине к ограничениям АТ можно отнести недостаточное развитие используемых полимерных материалов, которые на данный момент ограничены применением ряда полимеров (полиэтилентерефталат-гликоль, полилактид, акрилонитрил бутадиен стирол (АБС), стирол бутадиен сополимер (СБС), и др.), или различные компаунды. Для будущего аддитивных технологий, требуются новые композиционные материалы, с сохранением свойств после многократной переработки. Следовательно, материалы для АТ должны обладать высочайшей устойчивостью к термоокислительной деструкции. В свою очередь материал без специализированных (подходящий под конкретную задачу) свойств не перспективен в Индустрии 4.0 к которой, несомненно, относятся аддитивные технологии. Одним из привлекательных и универсальных по применяемости свойств материала, является магнитная восприимчивость. В АТ важно не только создание сложного геометрического объекта, но и управление внутренней структурой материала и как следствие свойствами конечного изделия. При этом внедрение добавок должно минимально влиять на технологические и эксплуатационные характеристики полимера такие как реологические свойства, термическая стабильность, предотвращения коробления, и усадки. Подводя итог, для промышленного и масштабного применения аддитивных технологий необходим коммерчески доступный филамент, обладающий практически полезным свойством, например магнитной восприимчивостью, при этом данный материал должен быть устойчивым к термоокислительной деструкции. Именно на это направлен данный проект, на придание выпускаемым крупной промышленностью полимерам (АБС, полипропилен, полиэтилен) устойчивости к термоокислительной деструкции, а также магнитных свойств, за счет использования новых добавок обладающими данными свойствами.

Ожидаемые результаты
Проект направлен на разработку способов получения композиционных материалов с использованием ряда функциональных (магнитных, нуклеирующих и ингибирующих термическое окисление) соединений в качестве добавок. Функциональные добавки будут впервые получены и исследованы членами коллектива. Фундаментальной составляющей исследования, является выявление закономерностей влияния ключевых параметров структуры и состава добавок на свойства конечного материала. Это позволит разработать подходы к производству специализированных полимерных материалов со значительно улучшенными механическими, теплофизическими и электромагнитными свойствами. Благодаря ранее разработанным в группе методам синтеза фосфорорганических соединений (ФОС) с высокой массовой долей фосфора, а также с различными степенями окисления его, в полученных соединений (вицинальные бисфосфонаты, бисфосфинаты и бисфосфиноксиды), в ходе проекта будут получены данные по применению того или иного ФОС для соответствующей полимерной матрицы. В свою очередь эти данные могут быть полезны не только в настоящем проекте, но и для дальнейшего применения в создании композитов на основе различных полимеров, что, несомненно, внесет вклад в целом в развитие этой области. Будут получены магнитные наполнители на основе металлов и их оксидов стабилизированные различными лигандами. Что позволит максимально равномерно распределить магнитный наполнитель в полимерной матрице. А также улучшить совмещение между наполнителем и полимером. Это позволит повысить загрузку магнитного наполнителя с сохранением возможности печатью им методом послойного наплавления. Также будут оптимизированы составы магнитный наполнитель/фосфорорганические соединения/полимер для создания мультифункционального композитного материала. Подобные материалы позволят изготавливать не только компоненты сложных изделий, но и сами изделия в одну печать. Подходы, разработанные в процессе выполнения проекта, для получения композиционных материалов могут послужить драйверами внедрения аддитивных технологий в автомобилестроении, авиакосмической отрасли, а также в оборонной промышленности. Так как целевыми полимерами для получения композиционных материалов в данном проекте, являются массово выпускаемые промышленностью РФ АБС, полипропилен и поликарбонат, выполнение данного проекта позволит более широко применять данные материалы, не нарушая существующие производственные цепочки, а расширяя и дополняя их. В более глобальном смысле данный проект поможет в преодолении отставания отечественной полимерной промышленности от общемирового уровня в таком активно развивающемся направлении как аддитивные технологии

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Разработаны подходы по контролируемому способу получения наночастиц магнитовосприимчивых металлов, с применением матриц-стабилизаторов различной топологии. Показано что варьируя синтетические подходы возможно контролируемо получать наночастицы на основе железа с различным составом, размером и тонко контролировать тип их магнитных характеристик. Доказан различный механизм стабилизации наночастиц в матрице сверхразветвленного полимера, в зависимости от синтетических подходов. Показана возможность получения наночастиц кобальта методом термического восстановления в условиях приближенным к экструзии филамента. Доказана принципиальная возможность их внедрения в термопласты с сохранением магнитных свойств. Разработан подход к харатеризации магнитных добавок к полимерам нанометрового диапазона с оценкой магнитного диаметра наночастиц. Данная характеристика необходима для эффективного использование железооксидных наночастиц так как, только в этом случае достигается максимальная магнитная эффективность наночастицы. Разработаны подходы к синтезу новых фосфорорганических соединений с высокой массовой долей фосфора и четвертичных фосфонивыех солей, обладающих антиоксидантной активностью. Проведены эксперименты по внедрению антиоксидантных добавок в полимерную матрицу.

 

Публикации

1. Ильин А.В., Хаяров Х.Р., Анисимова К.С., Исламов Д.Р., Кучаев Е.С. Phosphine-Catalyzed α- and Vicinal Bis-Addition of P(O)H Compounds to Alkynoates ChemistrySelect, Vol. 8, e202204002 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1002/slct.202204002

2. Ханнанов А.А., Бурматова А.Е., Игнатьева К.А., Вагизов Ф.Г., Киямов А.Г., Таюрский Д.А., Черосов М.А., Герасимов А.В., Евтюгин В.Г., Кутырева М.П. Effect of the Synthetic Approach on the Formation and Magnetic Properties of Iron-Based Nanophase in Branched Polyester Polyol Matrix International Journal of Molecular Sciences, 23, 23, 14764 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.3390/ijms232314764

3. Возможности сверхразветвлённых полиолов для одностадийного синтеза металлосодержащих нанокомпозитов с низкой токсичностью Возможности сверхразветвлённых полиолов для одностадийного синтеза металлосодержащих нанокомпозитов с низкой токсичностью Материалы Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2023», секция «Химия». – М.: Издательство «Перо», 2023. – 121 МБ. [Электронное издание], Материалы Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2023», секция «Химия». – М.: Издательство «Перо», 2023. – 121 МБ. [Электронное издание] (год публикации - 2023)

4. ОСОБЕННОСТИ НОМЕНКЛАТУРЫ И ИМЕННЫЕ РЕАКЦИИ ФОСФОРОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ ОСОБЕННОСТИ НОМЕНКЛАТУРЫ И ИМЕННЫЕ РЕАКЦИИ ФОСФОРОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ Общество с ограниченной ответственностью "Редакционно-издательский центр "Школа", г. Казань, Ильин А. В. Особенности номенклатуры и именные реакции фосфорорганической химии / А. В. Ильин, С. Р. Романов. – Казань : Общество с ограниченной ответственностью "Редакционно-издательский центр "Школа", 2023. – 93 с. (год публикации - 2023)