ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИТЫ СТАНУТ ЕЩЕ ПРОЧНЕЕ

Новая отраслевая лаборатория появилась в сфере опытно-инновационных разработок Беларуси. Ее участникам предстоит заниматься созданием термостойких композиционных полимерных материалов. Соответствующее Положение согласовано и подписано председателем Белорусского государственного концерна по нефти и химии Андреем Рыбаковым и председателем Президиума Национальной академии наук Беларуси Владимиром Гусаковым, утверждено директором Института химии новых материалов (ИХНМ) НАН Беларуси Александром Рогачевым.

Производственную платформу для этого проекта предоставляют ОАО «СветлогорскХимволокно», ОАО «Могилевхимволокно» и филиал «Завод Химволокно» ОАО «Гродно Азот». Научное сопровождение обеспечивает ИХНМ. В частности, научным руководителем ОЛ ТКПМ назначен академик, доктор химических наук, профессор Владимир Агабеков, заведующим — заместитель директора ИХНМ Жанна Игнатович.

Цели и задачи

Актуальность открытия отраслевой лаборатории (ОЛ) такого профиля продиктована временем. Развитие современных отраслей промышленности, в том числе нефтехимии, требует все новых и новых конструкционных материалов, которые по механическим свойствам (по прочности, плотности, твердости, упругости и так далее), а также ряду других характеристик должны превосходить традиционные. Полимерные материалы, в первую очередь наполненные, относятся сегодня к числу наиболее перспективных. Они даже начинают вытеснять привычные железобетон, металл и дерево. Многообразие полимеров и наполнителей, а также вариабельность составов композитов на их основе и методов модификации позволяют говорить о широких возможностях новых материалов.

— Отраслевая лаборатория создается для того, чтобы объединить усилия ученых и промышленников, заинтересованных в исследованиях и разработках в области термостойких композиционных полимерных материалов (ТКПМ), — комментирует Андрей Рыбаков. — Ожидается, что результаты совместной работы найдут практическое применение и станут частью научно-технической деятельности ряда нефтехимических предприятий, проходя здесь путь от апробации до внедрения в производство. В целом нам сообща предстоит продолжить совершенствование технологических процессов, обновление и расширение товарных ассортиментов. Акцент мы делаем не просто на инновационную, а на импортозамещающую, экспортоориентированную продукцию.

В числе основных задач новой отраслевой лаборатории — выполнение научно-исследовательских и опытно-технологических работ в интересах нефтехимических предприятий. Речь, в частности, идет о разработке и создании:

• новых модификаторов для получения новых видов ПОД-полимеров и сополимеров;
• технологического процесса крашения волокна арселона в массе;
• новых ассортиментов термостойких композиционных углеродных материалов на базе уже выпускаемых с использованием различных композиций;
• новых ассортиментов термопластичных угленаполненных композиционных материалов;
• полимерных композиционных материалов различного функционального назначения (биоразлагаемые, антибактериальные, фильтрационные), в том числе для 3D-печати.

Синтез арселона

Базовый партнер ОЛ — ОАО «СветлогорскХимволокно». На сегодня наиболее значимые инновационные направления его производства — углеродные волокнистые материалы, термостойкие полиоксадиазольные волокна и нити, а также полиэфирные текстильные нити с функциональными свойствами. Специалисты предприятия более 15 лет плотно сотрудничают с учеными ИХНМ.

Так, несколько лет назад в рамках Программы Союзного государства успешно завершились их совместные исследования и разработка технологического процесса для улучшения свойств волокна арселона, которое с повышением кислородного индекса до 32 перешло из группы «горючие трудновоспламеняемые» в группу «негорючие материалы». Помог модификатор «Бромид-3». Было установлено, что в комбинации со светостабилизатором он позволяет получить ПОД-сополимер, нити которого имеют не только высокий кислородный индекс, но и хорошую устойчивость к светопогодному воздействию, обладают повышенной (до 88%) термостабильностью. На предприятии при непосредственном участии и научном сопровождении ИХНМ была построена соответствующая установка, а группа авторов, представляющих обе стороны, получила Патент ЕА «Бромсодержащий полифенилен-1,3,4-оксадиазол, способ его получения и волокна с повышенной огне- и термостойкостью на его основе».

— С использованием модификатора «Бромид-3» мы выпустили опытную партию усовершенствованного арселона, — рассказывает Владимир Агабеков. — Удалось получить волокна нового поколения для создания одежды специального назначения и средств индивидуальной защиты. На сегодня произведено уже более 65 тонн бромированной арселоновой продукции, реализовано около 31 тонны модифицированных термостойких волокон на сумму, превышающую 1 миллион рублей. 

В 2018 году по заказу ОАО «СветлогорскХимволокно» ученые ИХНМ подвели итог в разработке технологии для организации опытно-промышленного производства модифицированных светостабилизаторов для полиоксадиазольных волокон.

— Светостабилизатор ДНС (динатриевая соль 4,4`-азонбензолдикарбоновой кислоты) — это необходимый компонент для получения высокопрочного, термостабильного, светостойкого полимера типа арселон. Он вводится в реакцию полимеризации в объеме 5% от общей массы терефталевой кислоты одновременно с ее загрузкой в реактор вместе с сульфатом гидразина, — поясняет Владимир Агабеков. — Светостабилизаторы на основе азотсоединений поглощают ультрафиолетовый свет и тормозят фотодеструкцию полимера за счет протекания релаксационных процессов и конформационной изомерии в полимере. Благодаря нашим совместным исследованиям ОАО «СветлогорскХимволокно» сможет отказаться от импортного светостабилизатора ДНС, снизив тем самым зависимость от российского производителя-поставщика.

В 2018 году ИХНМ и ОАО «СветлогорскХимволокно» подписали договор о долгосрочном научно-техническом сотрудничестве, который основан на успехах предыдущего опыта и общих планах на перспективу. 

Таким образом, работа над улучшением эксплуатационных характеристик арселона (обе стороны заинтересованы в дальнейшем повышении термостойкости и кислородного индекса этого волокна) и уменьшением времени его тления продолжается уже в рамках ОЛ ТКПМ. Она включает синтез эфиров фосфорной кислоты и исследования огнезащитных свойств полученных соединений с возможностью внесения полученных полимеров в реакционную среду синтеза арселона перед формированием волокна; синтез элементоорганических полимеров и олигомеров, содержащих атомы кремния, азота, фосфора, бора, изучение огнезащитных свойств полученных соединений и устойчивости в водной, кислой и щелочной средах. Уделяют внимание ученые ИХНМ и производственники ОАО «СветлогорскХимволокно» и технологии поверхностного плазмохимического модифицирования композиционных материалов различного назначения. Это подразумевает разработку технологии модифицирования композиционных нетканых материалов, выпускаемых предприятием, типа акваспан в целях повышения эффективности бактериальной фильтрации, а также технологии модифицирования бромированного волокна арселона.

Отдельный пункт в планах научно-исследовательского института и химического предприятия на отдаленную перспективу — создание новых полимерных композиционных материалов с высокими функциональными свойствами: сополимеров поли-п-фенилен-1,3,4-оксадиазола нерегулярного строения, полимерная цепь которых содержит различные арил(гетарил)-фрагменты.

Полезные отходы

Создание пилотной установки по выделению 4,4`-диметилдибензоата и получение опытных партий продукта, а также других компонентов кубового остатка, представляющих практический интерес, — один из совместных проектов ИХНМ и ОАО «Могилевхимволокно» в рамках новой отраслевой лаборатории. Ожидается, что первые результаты будут получены в течение 2024 года.

А до этого деловые партнеры намерены провести ряд подготовительных работ. В планах на конец 2021 года — начало 2022-го — определение качественного и количественного состава отходов производства диметилтерефталата (ДМТ). Далее с научным обоснованием необходимо будет оценить возможности выделения фракции ДМЭ ДФК из «метанолизного ДМТ» и разработать метод выделения 4,4`-диметилдибензоата из имеющихся отходов производства ДМТ. Еще одно направление совместной деятельности, представляющее практический интерес, — оценка возможности выделения из отходов производства ДМТ метилбензоата, диметилизофталата и триметилового эфира тримеллитовой кислоты.

С акцентом на полиамид

В III квартале 2021 года приступает к работе в рамках ОЛ ТКПМ филиал «Завод Химволокно» ОАО «Гродно Азот» — крупнейший производитель полиамидных и полиэфирных нитей и волокон, а также полиамида-6 (ПА-6) и композиционных материалов на его основе.

В сотрудничестве с учеными из ИХНМ специалисты предприятия будут заниматься разработкой лабораторных рецептур композиционных материалов, в том числе с различными наполнителями, на основе ПА-6 для изготовления филаментов и порошков для 3D-печати. Также им предстоит выбрать и обосновать возможные технологические способы создания материалов на основе ПА-6, по физико-химическим характеристикам близким к аналогичным, для применения в аддитивной печати методом селективного лазерного спекания (SLS).

Лабораторий много не бывает

Напомним, что белорусские нефтехимические предприятия активно сотрудничают с пятью отраслевыми лабораториями. Четыре из них относятся к системе Минобразования и одна — НАН Беларуси.

Так, в Белорусском государственном технологическом университете созданы отраслевые лаборатории — стекла и волокнистых материалов; «Инжиниринговый центр по апробации наноматериалов в нефтехимическом и промышленном комплексах»; шинной промышленности. В Полоцком государственном университете действует отраслевая лаборатория нефтегазопереработки. В структуре НАН Беларуси работает ОЛ лакокрасочных материалов.

Теперь к ним добавилась отраслевая лаборатория термостойких композиционных полимерных материалов. Сегодня рассматриваются возможности включения выполняемых ею заданий, заказчиком которых выступает НАН Беларуси, в государственную научно-техническую программу «Малотоннажная химия». 

— Я убежден, что малотоннажные производства способны стать катализатором развития «большой химии», — говорит Владимир Агабеков. — Отраслевая лаборатория термостойких композиционных полимерных материалов как раз и нацелена на выпуск с минимальными затратами на скромном оборудовании небольших партий принципиально новой продукции — модификаторов, пластификаторов, ингибиторов, которые можно поставлять крупным предприятиям в качестве различных добавок, позволяющих улучшать свойства выпускаемых конечных материалов, веществ, изделий и тем самым повышать их цену на рынке. В свое время Институт химии новых материалов создавался для научной поддержки белорусских предприятий. С началом работы отраслевой лаборатории, в которой ИХНМ выступает научным ядром, сотрудничество ученых и представителей нефтехимической отрасли выходит на более высокий уровень. Все видят и понимают, что промышленности нужны новые по своей структуре, свойствам, строению вещества, которые можно производить с максимальным применением сырья и отходов, или технологии эффективного использования уже известных соединений. Мы со своей стороны готовы принять в исследованиях и разработках самое активное участие. Рассчитываем, что в государственную научно-техническую программу «Малотоннажная химия» будет включен ряд тематических работ, отвечающих интересам как партнеров отраслевой лаборатории термостойких композиционных полимерных материалов, так и других участников рынка.

ФОТО Виктория Анискевич-Клопоцкая, архив «Вестника Белнефтехима», открытые источники