eng
Выпуск #4/2007
В.Кожевников.
Опыт применения нанотехнологии на промышленном предприятии
Опыт применения нанотехнологии на промышленном предприятии
Просмотры: 2483
Как это не выглядит на первый взгляд парадоксальным, нанотехнологии все активнее используются в "близких к жизни" разработках, что представляется далеким от нанотехнологий людям чем-то пока малореальным. Примером может служить умелое использование нанотехнологий в производстве продукции предприятием ПКП "Москатель" в Саратове.
Предприятие производит фасадные, отделочные, вододисперсионные краски (ВД-краски), защитно-декоративные, химически- и термостойкие эмали, клеи, каучуко-битумные мастики, герметики и грунтовки, дорожно-разметочные и бордюрные краски, составы для укладки полимерных материалов на влажные и мокрые поверхности. Осваивает производство трещиностойкого асфальта и эластичного бетона.
ПКП "Москатель" – одно из очень немногих в России предприятий, использующих при изготовлении эмалей фляшинг-процесс (перевод пигментов из водной фазы в органическую). Перетир пигментов производится в водной пасте с ПАВ на обычных жерновых мельницах. После этого с помощью наносборщиков и ПАВ гидрофобизированная пигментная паста смешивается практически с любым лаковым компонентом. Процесс универсален – на одном оборудовании производится более 30 наименований различной продукции – и обладает рядом преимуществ, в частности измельчение производится до первичных кристаллов.
Процесс высокоэкологичен и безопасен (все термомеханические операции с краскообразующим компонентом проводятся без растворителя, а пожароопасный и токсичный компонент – лаковая основа – смешивается с пигментами и другими компонентами при условиях, отвечающих требованиям пожарной безопасности и Роспотребнадзора.
Как отмечает руководство предприятия, использование принципов нанотехнологии вместо макротехногенных методик позволило снизить энергоемкость производства со 190 кВт·ч на тонну продукции до 75 кВт·ч в 2005 и до 61 кВт·ч в 2006 году. Прогресс достигнут главным образом за счет использования нанороботов-ассемблеров (запрограммированных молекул). В результате существенно повышена рентабельность ряда процессов, обеспечена компактность производства (при выпуске более 30 наименований продукции основное производство сосредоточено на 100 м2).
Высоко оценивая возможности нанотехнологии, предприятие все больше переходит на производство и поставку по конкурентоспособным ценам элементов для ее реализации. Оно не только обеспечивает себя ассемблерами – функциональными молекулярными образованиями для нанотехнологических работ в лакокрасочном производстве (ЛКП), но и поставляет их другим предприятиям.
Благодаря использованию ассемблера Мезоцит за счет образования из молекул пленкобразователя смектической жидкокристаллической фазы и голографического увеличения показателя преломления обеспечена шестикратная экономия импортируемого пигмента – двуокиси титана.
Вследствие проблемы "концевых групп" получение термостойких кремнийорганических полимеров всегда было сложно решаемой задачей. Обычно термостойкую кремнийорганику изготавливают, проводя высокотемпературный синтез арокси-концевых групп.
С помощью наносборки ассемблером Кристабелитом при комнатной температуре из омегадиметилсилоксандиола производится термостойкий (до 530°С) полимер и эмали на его основе.
Применение нанотехнологии позволило также решить одну из весьма болезненых проблем развития лакокрасочного производства в регионе. Вытеснение подсолнечником исконных для Поволжья культур привело к исчезновению не только из пищевого рациона, но и из производства лако-красочных материалов льняного и конопляного масел. Подсолнечное масло – полувысыхающее, поэтому олифа и краски, изготовленные из него, не обеспечивают требуемого качества продукции. С помощью приемов нанотехнологии на предприятии изготавливается материал, превосходящий по качеству льняное и конопляное масла и олифы на их основе.
Наносборка триглицеридов в молекулярно организованную линоксиноподобную пленку производится с использованием ассемблеров Крестолин и Турмалин.
Вследствие того, что пленка формируется в результате прецизионного молекулярного производства наносборщиками, она по твердости не уступает пленкам алкидного лака ПФ-060 (по маятнику ТМЛ).
По светостойкости пленка олифы, полученная с помощью нанотехнологий, превосходит пленки ПФ-лаков (пентафталевых) и обычных олиф ("Оксоль" и аналоги). Натурные испытания свидетельствуют, что краски, изготовленные на такой олифе, выдержали не менее двух сезонов эксплуатации на стене, обращенной на юг. Пленка белой краски выдерживает ускоренные испытания на УФ-светостойкость в соответствии с ГОСТ 21903 (более 8 часов без изменения цвета).
Вследствие того, что исключена традиционная для получения олиф операция многочасовой продувки масла, негативное влияние на здоровье людей и окружающую среду сведены к минимуму, поскольку не выделяется обычный для операций с подогревом масла до 190–200°С акролеин – бич олифоварочных и производящих алкидные лаки предприятий.
В отличие от известных технологий, предусматривающих многочасовое растворение полимера, использование элементов нанотехнологии – ассемблеров позволяет практически за минуту готовить лак (раствор полимера в растворителе).
В целом нанотехнологические инновации в производстве позволили улучшить следующие эксплуатационные качества продукции:
за сутки воздушной сушки удается получить стойкую к смыванию красочную пленку из ВД-композиций. (Для достижения стойкости к атмосферным осадкам импортным ВД-краскам требуется 10 дней);
наблюдается снижение впитывания полимерной компоненты и пигментов из ВД-красок при нанесении на пористые минеральные (бетон, кирпич, штукатурка) и органические (дерево, бумага) поверхности с одновременным возрастанием адгезии к ним;
увеличивается кроющая способность композиций и за счет этого экономятся дорогие пигменты (для ВД-красок в 4 раза, для органорастворимых – в 6 раз);
удается избежать отслаивания пленок, вызванное низкой Тстекл. и наличием в композиции вицинальных ОН-групп или низкомолекулярных жирных кислот;
выравнивается цветовой фон окрашенных поверхностей большого размера.
В перспективе предполагается создание на базе ПКП "Москатель" лабораторно-промышленного комплекса молекулярного производства строительных, лакокрасочных и других материалов специального назначения для ряда отраслей промышленности.
Среди перспективных направлений следует отметить изготовление мастик и трещиностойкого асфальтобетона с помощью ассемблеров, обеспечивающих создание в композиции кардовых каучуков из молекул самого битума.
Производство подобных густых и вязких масс по традиционным технологиям, как правило, требует энерго-металлоемкого оборудования. Используя молекулярный ансамбль Крестолина и Агата, предприятие наладило выпуск каучуко-битумных мастик с энергозатратами 0,16 кВт·ч/тонну. Реопексия молекулярно-организованной композиции позволяет легко перемешивать густую вязкую массу высокооборотистой турбинкой. После испарения растворителя (содержание которого до 10%) та же структура, что обеспечивала реопексию, образует квазивулканизационную сетку.
При приготовлении мастик и асфальтобетона используются ассемблеры кардовых полимеров – Агат и его модификация Кардаль.
Компьютерное моделирование свидетельствует, что асфальтогеновые кислоты – эти ПАВ битума, обеспечивающие устойчивость системы самого битума, образуют Са-соли, имеющие явно кристаллоидные образования, что, по всей видимости, и является основной причиной растрескивания асфальтовых дорожных покрытий. Замена Са на другой элемент, по мнению разработчиков, позволит снизить их кристалличность и температуру растрескивания. Используя ассемблер Кардаль, собирающий из асфальтогеновых кислот битума спиральные (каучукоподобные) образования, удалось получить новую надмолекулярную структуру, соответствующую модели Кельвина-Фойгта. В результате создана асфальтовая мастика с эластичностью по ШГ-1 3 мм при –18°С.
Полупромышленные и опытные партии мастики с улучшенными свойствами уже производятся предприятием и поставляются по конкретным заказам.
ПКП "Москатель" – одно из очень немногих в России предприятий, использующих при изготовлении эмалей фляшинг-процесс (перевод пигментов из водной фазы в органическую). Перетир пигментов производится в водной пасте с ПАВ на обычных жерновых мельницах. После этого с помощью наносборщиков и ПАВ гидрофобизированная пигментная паста смешивается практически с любым лаковым компонентом. Процесс универсален – на одном оборудовании производится более 30 наименований различной продукции – и обладает рядом преимуществ, в частности измельчение производится до первичных кристаллов.
Процесс высокоэкологичен и безопасен (все термомеханические операции с краскообразующим компонентом проводятся без растворителя, а пожароопасный и токсичный компонент – лаковая основа – смешивается с пигментами и другими компонентами при условиях, отвечающих требованиям пожарной безопасности и Роспотребнадзора.
Как отмечает руководство предприятия, использование принципов нанотехнологии вместо макротехногенных методик позволило снизить энергоемкость производства со 190 кВт·ч на тонну продукции до 75 кВт·ч в 2005 и до 61 кВт·ч в 2006 году. Прогресс достигнут главным образом за счет использования нанороботов-ассемблеров (запрограммированных молекул). В результате существенно повышена рентабельность ряда процессов, обеспечена компактность производства (при выпуске более 30 наименований продукции основное производство сосредоточено на 100 м2).
Высоко оценивая возможности нанотехнологии, предприятие все больше переходит на производство и поставку по конкурентоспособным ценам элементов для ее реализации. Оно не только обеспечивает себя ассемблерами – функциональными молекулярными образованиями для нанотехнологических работ в лакокрасочном производстве (ЛКП), но и поставляет их другим предприятиям.
Благодаря использованию ассемблера Мезоцит за счет образования из молекул пленкобразователя смектической жидкокристаллической фазы и голографического увеличения показателя преломления обеспечена шестикратная экономия импортируемого пигмента – двуокиси титана.
Вследствие проблемы "концевых групп" получение термостойких кремнийорганических полимеров всегда было сложно решаемой задачей. Обычно термостойкую кремнийорганику изготавливают, проводя высокотемпературный синтез арокси-концевых групп.
С помощью наносборки ассемблером Кристабелитом при комнатной температуре из омегадиметилсилоксандиола производится термостойкий (до 530°С) полимер и эмали на его основе.
Применение нанотехнологии позволило также решить одну из весьма болезненых проблем развития лакокрасочного производства в регионе. Вытеснение подсолнечником исконных для Поволжья культур привело к исчезновению не только из пищевого рациона, но и из производства лако-красочных материалов льняного и конопляного масел. Подсолнечное масло – полувысыхающее, поэтому олифа и краски, изготовленные из него, не обеспечивают требуемого качества продукции. С помощью приемов нанотехнологии на предприятии изготавливается материал, превосходящий по качеству льняное и конопляное масла и олифы на их основе.
Наносборка триглицеридов в молекулярно организованную линоксиноподобную пленку производится с использованием ассемблеров Крестолин и Турмалин.
Вследствие того, что пленка формируется в результате прецизионного молекулярного производства наносборщиками, она по твердости не уступает пленкам алкидного лака ПФ-060 (по маятнику ТМЛ).
По светостойкости пленка олифы, полученная с помощью нанотехнологий, превосходит пленки ПФ-лаков (пентафталевых) и обычных олиф ("Оксоль" и аналоги). Натурные испытания свидетельствуют, что краски, изготовленные на такой олифе, выдержали не менее двух сезонов эксплуатации на стене, обращенной на юг. Пленка белой краски выдерживает ускоренные испытания на УФ-светостойкость в соответствии с ГОСТ 21903 (более 8 часов без изменения цвета).
Вследствие того, что исключена традиционная для получения олиф операция многочасовой продувки масла, негативное влияние на здоровье людей и окружающую среду сведены к минимуму, поскольку не выделяется обычный для операций с подогревом масла до 190–200°С акролеин – бич олифоварочных и производящих алкидные лаки предприятий.
В отличие от известных технологий, предусматривающих многочасовое растворение полимера, использование элементов нанотехнологии – ассемблеров позволяет практически за минуту готовить лак (раствор полимера в растворителе).
В целом нанотехнологические инновации в производстве позволили улучшить следующие эксплуатационные качества продукции:
за сутки воздушной сушки удается получить стойкую к смыванию красочную пленку из ВД-композиций. (Для достижения стойкости к атмосферным осадкам импортным ВД-краскам требуется 10 дней);
наблюдается снижение впитывания полимерной компоненты и пигментов из ВД-красок при нанесении на пористые минеральные (бетон, кирпич, штукатурка) и органические (дерево, бумага) поверхности с одновременным возрастанием адгезии к ним;
увеличивается кроющая способность композиций и за счет этого экономятся дорогие пигменты (для ВД-красок в 4 раза, для органорастворимых – в 6 раз);
удается избежать отслаивания пленок, вызванное низкой Тстекл. и наличием в композиции вицинальных ОН-групп или низкомолекулярных жирных кислот;
выравнивается цветовой фон окрашенных поверхностей большого размера.
В перспективе предполагается создание на базе ПКП "Москатель" лабораторно-промышленного комплекса молекулярного производства строительных, лакокрасочных и других материалов специального назначения для ряда отраслей промышленности.
Среди перспективных направлений следует отметить изготовление мастик и трещиностойкого асфальтобетона с помощью ассемблеров, обеспечивающих создание в композиции кардовых каучуков из молекул самого битума.
Производство подобных густых и вязких масс по традиционным технологиям, как правило, требует энерго-металлоемкого оборудования. Используя молекулярный ансамбль Крестолина и Агата, предприятие наладило выпуск каучуко-битумных мастик с энергозатратами 0,16 кВт·ч/тонну. Реопексия молекулярно-организованной композиции позволяет легко перемешивать густую вязкую массу высокооборотистой турбинкой. После испарения растворителя (содержание которого до 10%) та же структура, что обеспечивала реопексию, образует квазивулканизационную сетку.
При приготовлении мастик и асфальтобетона используются ассемблеры кардовых полимеров – Агат и его модификация Кардаль.
Компьютерное моделирование свидетельствует, что асфальтогеновые кислоты – эти ПАВ битума, обеспечивающие устойчивость системы самого битума, образуют Са-соли, имеющие явно кристаллоидные образования, что, по всей видимости, и является основной причиной растрескивания асфальтовых дорожных покрытий. Замена Са на другой элемент, по мнению разработчиков, позволит снизить их кристалличность и температуру растрескивания. Используя ассемблер Кардаль, собирающий из асфальтогеновых кислот битума спиральные (каучукоподобные) образования, удалось получить новую надмолекулярную структуру, соответствующую модели Кельвина-Фойгта. В результате создана асфальтовая мастика с эластичностью по ШГ-1 3 мм при –18°С.
Полупромышленные и опытные партии мастики с улучшенными свойствами уже производятся предприятием и поставляются по конкретным заказам.
Отзывы читателей
