Простота и универсальность: как российские учёные удешевили производство силиконов
В Москве учёные РАН предложили способ получения качественных полимерных материалов (силиконов) для медицинской, косметической, автомобильной, авиационной промышленности и бытового применения. Специалисты выяснили, что эти материалы можно синтезировать по более простой и дешёвой технологии, которая не требует сложного оборудования.
«Применяются повсеместно»
Как отмечают в Российском научном фонде, благодаря устойчивости к внешним условиям, механической прочности и гибкости силиконы – полимеры на основе углерода, кислорода и кремния – применяются повсеместно. Из них, в частности, производят формы для выпечки, стоматологические слепки, демпфирующие элементы для автомобилей и герметики для космических аппаратов. Самая распространённая стратегия получения силиконов из соединений-предшественников предполагает использование ускоряющих реакцию соединений платины.
«Катализаторы на основе платины одноразовые и обычно оставляют в готовом продукте частицы металла, ухудшая качество материалов и ограничивая их область применения», – рассказали в фонде, добавив, что производство силиконов одновременно истощает невосполнимые природные запасы благородного металла и «распыляет» его, загрязняя окружающую среду.
Чудо-синтез
Отечественные учёные предложили более рентабельный и экономичный способ получения силиконов разной структуры и сложности. Вместо того чтобы растворять катализатор в реагентах, специалисты проводят синтез силиконов на границе между веществами-предшественниками и водной фазой, где растворена соль платины.
– Предложенные каталитические системы очень быстро и просто получать, при этом они работают при комнатной температуре, – поясняет участница научной группы Ирина Гончарова. – При их взаимодействии с реагентами образуются каталитически активные платиновые комплексы. Вода и другие компоненты реакции связываются с такими комплексами, «регулируя» их стабильность, активность и структуру (одноатомную или кластерную).
На границе фаз катализатор и реагенты «встречаются», и тогда происходит синтез «чистых» силиконов, не загрязнённых платиной, объясняют в Российском научном фонде. Поскольку платина остаётся в воде, а продукты оказываются «над» раствором, дополнительная очистка силиконов от металла не требуется. Немаловажно, что один и тот же катализатор можно использовать не менее 15 раз!
– Разработанный подход оказался универсален: он позволяет получать силиконы с разной структурой и свойствами, а потому будет актуален для широкого круга промышленных задач, – констатирует химик Ашот Арзуманян. – Также мы сконструировали реактор для синтеза силиконов в непрерывном режиме, где можно поддерживать строго постоянные условия и автоматически разделять водную фазу и продукт реакции.
Ещё один силикон
Тем временем сотрудники Центра компетенций Национальной технологической инициативы из Новосибирска разработали концентрат на основе многостенных углеродных нанотрубок, который позволяет улучшать свойства силиконовых резин. Новое решение открывает возможности для применения вещества в самых разных отраслях: от медицины до нефтегазодобывающей промышленности.
– Благодаря полученному концентрату удаётся повысить прочность и задать материалу электропроводящие свойства, которых раньше было сложно достичь, – говорит научный сотрудник Центра компетенций Андрей Скуратов. – Мы используем особый метод, при котором нанотрубки как бы «расплетаются» и диспергируются (измельчаются. – Ред.). На выходе получается рабочий продукт – концентрат. Использование концентрата нанотрубок легко встраивается в технологический процесс изготовления силиконовых резин, не изменяя его, что делает внедрение нашей разработки удобным для промышленности.
К слову, силиконовые резины широко применяются в промышленности и медицине: из них делают уплотнительные кольца, прокладки, покрытия для металлов, конвейерные ленты, а также детали мед-оборудования.
Василий АКУЛОВ.