Сотрудники Центра компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ) по направлению «Моделирование и разработка новых функциональных материалов с заданными свойствами» на базе НГУ (Новосибирский государственный университет) разработали новый способ приготовления полимерного материала, обладающего электропроводящими свойствами, и получили патент на изобретение, сообщила пресс-служба НГУ.
«Этот материал можно применять в производстве изделий, предназначенных для хранения и транспортировки взрывоопасных порошков и легковоспламеняющихся жидкостей, для использования на предприятиях нефтехимической, химической, газовой, угольной и других отраслей промышленности, где обычные пластиковые контейнеры и емкости могут представлять опасность из-за накопления статического электричества», — рассказал старший научный сотрудник Центра НТИ по новым функциональным материалам Дмитрий Чебочаков.
Дмитрий Чебочаков, старший научный сотрудник Центра НТИ по новым функциональным материалам Изображение: пресс-служба Новосибирского государственного университета
По действующим стандартам, чтобы считаться безопасным, материал должен иметь строго ограниченное электрическое сопротивление. Широко применяемый в промышленности полиэтилен сам по себе не проводит электричество, но накапливая заряды на поверхности, на нем может возникнуть искра, которая станет причиной взрыва, что особенно опасно в случае хранения легковоспламеняющихся жидкостей, газов или порошков.
Однако, как показали исследования научных сотрудников Центра, добавление в структуру полимера многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ) — сверхтонких и прочных структур, способных проводить электрический ток, — существенно меняет его свойства.
При этом требуется достаточно небольшое содержание МУНТ, от 0,05 до 0,5%, равномерно распределенное в порошке полимера. Многостенные углеродные нанотрубки, используемые в изобретении, разработали и синтезируют ученые Института катализа имени Г. К. Борескова СО РАН, по своим характеристикам они соответствуют лучшим мировым аналогам и даже по определенным показателям превосходят их.
Смешивание проводится в специальном роторном смесителе, позволяющем добиться высокой однородности материала без повреждения структуры углеродных нанотрубок. После этого полученную смесь подвергают формовке, получая готовые изделия с заданными характеристиками.
«Материал, полученный по новой технологии, продемонстрировал стабильную электропроводность, соответствующую требованиям ГОСТа по электростатической безопасности. Причем уровень электропроводимости позволяет использовать его без риска возникновения искры даже при высоких концентрациях паров или пыли», — подчеркнул Дмитрий Чебочаков.
Эта технология имеет ряд преимуществ в сравнении с ранее применявшимися решениями. Предшествующие технологии либо не обеспечивали достаточной проводимости, либо требовали сложных способов изготовления (например, с помощью экструдера). Также добавляемые наполнители, такие как технический углерод, могли ухудшать прочность и герметичность материала.
Благодаря использованию углеродных нанотрубок и оптимизированному процессу смешивания новая методика позволяет снизить объем добавок, сохранить прочность и надежность изделий, сделать их безопасными и технологичными одновременно. При этом у нового типа материалов достаточно широкие области возможного применения.
«Конечно, основным назначением мы видим промышленное — производство емкостей для хранения, более дешевых и долговечных, чем, скажем, металлические, но при этом безопасных с точки зрения пожаров и взрывов из-за накопления статического электричества. Но этим области применения не ограничиваются. Например, использование этого материала при производстве элементов интерьера, мебели и объектов городской инфраструктуры (лавочек, детских площадок, арт-объектов) предотвращает накопление статического электричества. В результате поверхность изделий становится приятнее на ощупь, а также меньше притягивает пыль», — отметил Дмитрий Чебочаков.
В настоящее время идут переговоры с потенциальными индустриальными партнерами о лицензировании технологии с целью запуска промышленного производства изделий из электропроводящего полимера. Но для широкого внедрения новой технологии предстоит решить не только технологические, но и юридические задачи.
В частности, внести изменения в соответствующие ГОСТы, которые сегодня запрещают использовать любые полиэтиленовые емкости для хранения целых классов веществ и материалов (например, ГСМ на автозаправочных станциях). Но, учитывая другие преимущества полиэтилена, о которых говорилось выше, разработчики считают эту задачу вполне решаемой в обозримой перспективе. Проект профинансирован Фондом НТИ.