Конференции и семинары, выставки

23 июня 2009 г.

VII Петряновские чтения


Повестка дня:
Пленарные доклады
1. Вступительное слово Генерального директора НИФХИ им Л.Я.Карпова Алякина А. А.
2. Основные направления работ в НИФХИ им. Л.Я. Карпова в области создания и использования материалов ФП.
Будыка А.К.
3. И.В. Петрянов и развитие средств контроля за испытаниями ядерного оружия.
Огородников Б.И.
Устные доклады
4. Исследование свободной струи растворов полисульфона и полидифениленфталида
в электростатическом поле.
Гуляев А.И, Рыкунов В.А., Тенчурин Т.Х.
5.Исследование процесса формования волокон в электрическом поле из растворов ПАН.
Тенчурин Т.Х., Рыкунов В.А.
6.Легко озоляемые аналитические фильтры на основе нановолокон.
Капустин И.А.
7. Электроформование биоразлагаемых материалов на основе полилактида
Будыка А.К., Луканина К.И., Шепелев А.Д.
8. Получение ультратонких волокон из расплавов полимеров методом электроспиннинга. Влияние вязкости полимера на характеристики получаемого материала.
Хоменко А. Ю., Малахов С.Н., Белоусов С.И., Праздничный А.М.
9. Дисперсный состав и содержание химических элементов в аэрозолях приземного слоя атмосферы г. Москва
А.В. Андронова, М.А. Иорданский, В.М. Минашкин, Ю.И. Обвинцев, А.В. Трефилова, М.С. Артамонова,И.Г. Гранберг

Дискуссия и выступления участников.

Тезисы устных докладов

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОБОДНОЙ СТРУИ РАСТВОРОВ ПОЛИСУЛЬФОНА И ПОЛИДИФЕНИЛЕНФТАЛИДА В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ

Гуляев А. И., Рыкунов В. А., Тенчурин Т. Х.
НИФХИ им. Л.Я. Карпова.,105064, г. Москва ул. Воронцово поле 10; МИТХТ им. М.В.Ломоносова,119571, г. Москва, Проспект Вернадского, д.86.

Среди всех способов формования волокон электроформование (т.е. способ получения волокон в электрическом поле) привлекает к себе наибольшее внимание из-за простоты аппаратурного оформления, низкой стоимости, возможностью получать волокна нано- и микроразмера из практически любых растворимых полимеров. Созданием и исследованием волокон и материалов на их основе, полученных способом электроформования, занимаются научные группы ведущих институтов США, Китая, Японии, Европы и России. Тем не менее, процесс электроформования изучен и описан далеко не полностью. Зависимость радиуса, скорости, ускорения и градиента скорости жидкой нити полимерного раствора, образующейся в ЭФВ-процессе, от параметров процесса электроформования и свойств системы полимер-растворитель практически не освещена в литературе. Для исследования указанных зависимостей целесообразно применять метод визуализации жидкой нити.
Экспериментальная установка по фотографированию свободной струи полимерного раствора в электростатическом поле состоит из однокапиллярной ячейки, в которую помещается раствор и к которой подводится напряжение; собирающего электрода, выполненного в виде стальной круглой заземленной пластины; перистальтической насосной станции для регулирования расхода полимерного раствора; зеркальной фотокамеры с макрообъективом и непрерывного источника света. Измерения диаметра струи проводилось по фотографиями с помощью программы Webbers ScopePhoto версии 3.0.12.498 с шагом по 70 мкм по продольной координате.
Исследована зависимость изменения радиуса, скорости, ускорения и градиента скорости жидкой нити по продольной координате от вязкости раствора, объемного расхода раствора и напряженности электростатического поля для растворов полисульфона (марка Udel-3500) в N,`N-диметилформамиде и циклогексаноне и для растворов полидифениленфталида (марка ПДФ-1) в N,`N-диметилформамиде, циклогексаноне и смеси данных растворителей (50/50 масс. %).
Установлена связь градиентов скорости задаваемых для полимерных растворов на ротационном вискозиметре с градиентами скорости, развиваемыми в ЭФВ-процессе, и показано, что первые на несколько порядков меньше максимальных градиентов скорости в процессе электроформования.
Установлено, что с увеличением напряженности поля радиус жидкой нити начинает резче уменьшатся, а скорость резче возрастать по продольной координате. На определенном расстояние от капилляра (не превышающим 3 мм для исследуемых систем) значения радиуса жидкой нити практически выравниваются для систем, помещенных в поле с различными напряженностями, что позволяет объяснить незначительное влияние напряженности электростатического поля на диаметр волокон, получаемых в ЭФВ-процессе.
Установлено, что для более вязких растворов уменьшение радиуса может начинаться даже раньше, чем для менее вязких, но для последних характерно уменьшение радиуса до меньшей величины. Это объясняет уменьшение диаметра волокон при уменьшении вязкости раствора.
Установлено, что с увеличением расхода радиус медленнее уменьшается по продольной координате. Если изменение расхода не сопровождается заметным изменением формы конуса Тейлора, то скорость меняется незначительно. Если же расход увеличивается таким образом, что конус Тейлора переходит в полуэллипсоид, а затем и в эллипсоид вращения, уменьшение скорости более значительно.


Исследование процесса формования волокон в электрическом поле из растворов ПАН.
Тенчурин Т.Х., Рыкунов В.А.
НИФХИ им. Л.Я. Карпова.,105064, г. Москва ул. Воронцово поле 10; МИТХТ им. М.В.Ломоносова,119571, г. Москва, Проспект Вернадского, д.86.

Технологические стадии процесса электроформования волокон в значительной степени определяются реологическими свойствами полимерных растворов. Влияние макромолекулярного фактора определяет все стадии процесса электроформования - приготовление первичных растворов, формирование первичных и вторичных струй, испарение растворителя с поверхности отверждающегося волокна и образование волокнистого слоя.
Объектом проводимого исследования был выбран полиакрилонитрил (ПАН). Исследованные образцы полимеров имели средневязкостную молекулярную массу равную: 160 000, 200 000, 430 000 и 640 000. Образцы полимеров были растворены в N,N-диметилфорамиде (ДМФА). Вязкость приготовленных растворов изменялась в диапазоне от 2,4 Па до 0,085 Па. Объемный расход раствора составлял от 0,045 мл/мин до 0,111 мл/мин. Электропроводность растворов изменялась от 8,5 мкCм/см до 40 мкCм/см. Для растворов одинаковой концентрации, с повышением молекулярной массы ПАН увеличивается их ньютоновская вязкость, вследствие образования более густой флуктационной сетки полимера в растворе. Диаметр волокон в большой степени зависит от вязкости прядильного раствора или от концентрации и молекулярной массы растворенного полимера. Влияние данного диапазона объемного расхода на конечный диаметр волокон установить не удалось. Влияние напряженности электростатического поля на диаметр волокон, в выбранном нами диапазоне объемного расхода незначительно и только при электроспиниге умеренно концентрированных растворов полимеров, имеющих низкую молекулярную массу, зависимость диаметра волокна от напряженности электростатического поля становится существенной.

Исследование легкоозоляемых фильтрующих материалов на основе полистирола и полиметилметакрилата.
Капустин И.А., Филатов И.Ю., Филатов Ю.Н.
НИФХИ им. Л.Я. Карпова.,105064, г. Москва ул. Воронцово поле 10; МИТХТ им. М.В.Ломоносова,119571, г. Москва, Проспект Вернадского, д.86.

Для анализа радиоактивных аэрозолей по настоящее время используются два основных вида фильтрующих материалов ФПА-15-2.0 и ФПП-15-2.0 на основе диацетата целлюлозы и хлорированного поливинилхлорида, имеющие ряд недостатков. Основным из них является то, что они озоляются только при температуре выше 600 °С с выделением агрессивных продуктов, а это приводит к неконтролируемым потерям радионуклидов при подготовке зольных препаратов. Поэтому нами были разработаны, изготовлены и испытаны легкоозоляемые фильтрующие материалы на основе полистирола и полиметилметакрилата ФПС-15-2,0 и ФПМ-15-2,0, с температурой озоления ниже 500 °С.
Продолжением данного направления стала разработка фильтрующих материалов из полистирола и полиметилметакрилата на основе ультратонких микроволокон ФПС-6-2,0 и ФПМ-6-2,0. Проведено исследование процесса электроформования с целью получения волокон с диаметром 0,5 – 0,6 мкм из этих полимеров. Были выпущены опытные партии этих фильтрующих материалов.
Результаты исследований новых материалов приведены в таблице 1.

Таблица 1.
ФПС-15-2,0 ФПМ-15-2,0 ФПС-6-2,0 ФПМ-6-2,0
Среднийdволокна (мкм) 1,5 1,5 0,6 0,6
Стандартное сопротивление, Па 20 20 20 20
Поверхностная плотность, г/м2 42 42 4 4
Эффективность фильтрации, % при 1,5 м/с по частицам 0,3 мкм 98,5 96,1 99,8 99,8
Эффективность фильтрации, % при 1,5 м/с по частицам 0,1 мкм 70,3 70,3 90,8 90,8
Зольность, мкг/м2 0,462 0,504 0,044 0,048

Как видно из таблицы, в результате проведенных исследований при равных значениях сопротивления аналитического фильтрующего материала значительно улучшилась его эффективность по частицам 0,1 мкм, а также сократилось на порядок количество зольных остатков в исследуемых образцах.

Электроформование биоразлагаемых материалов на основе полилактида.

Будыка А.К., Луканина К.И., Шепелев А.Д.
НИФХИ им. Л.Я. Карпова.,105064, г. Москва ул. Воронцово поле 10

Полимеры, поддающиеся биологическому разложению, были разработаны несколько десятилетий тому назад, но их полномасштабное коммерческое применение разворачивалось очень медленно. Это происходило оттого, что они, в целом, были более затратными и имели менее устойчивые физические свойства, чем у традиционных пластмасс. Новые технологии выращивания и переработки растений позволяют сократить разницу в стоимости между биопластиками и синтетическими пластмассами, а также усовершенствовать свойства материалов.
Одним из самых перспективных биодеградирующих пластиков в настоящее время является полилактид – продукт конденсации молочной кислоты. Это обусловлено, прежде всего, тем, что получается лактид и полилактид как синтетическим способом, так и ферментативным брожением декстрозы сахара или мальтозы, сусла зерна или картофеля, которые являются возобновляемым сырьем биологического происхождения. Серьезных технических и экологических проблем в их производстве и применении не возникает, поэтому полилактид сегодня рассматривается как весьма перспективный вид термопластичного полимера. В связи с этим создание новых биодеструктируемых наноматериалов на основе полилактида представляет большой научный и прикладной интерес.
В последние несколько лет ведутся работы по получению биодеструктируемых волокнистых материалов с различными функциональными характеристиками и структурными особенностями. Исследованы режимы получения материалов на основе ацетат целлюлозы, полилактида с введением поливинилпиролидона, при этом наблюдается улучшение гидрофильных свойств в 10 раз. Отработаны режимы получения волокон с различными добавками, такими как коллоидное серебро, медь, лекарственные средства. Чем выше значение вязкости формуемых растворов, тем больше диаметр волокон, диапазон размеров лежит от 0,3 до 1,8 мкм.
Исследованы реологические свойства растворов полилактида в этилацетате для разных молекулярных масс полимера. Снижение вязкости при внешней нагрузке составляет в среднем 8 %. Рассчитаны времена релаксации макромолекул. Проведен анализ энергий активации, который указывает на гибкоцепную структуру полимера. Получены кривые деструктируемости растворов полилактида в этилацетате за период в три месяца для различных молекулярных масс, среднее значение падения вязкости составляет 80%.
Полученные материалы исследованы на предел текучести и деформацию, среднее значение 60%. Результаты показывают на невысокую прочность материала и необходимость использования подложки для ряда применений. Исследование на проскок атмосферного аэрозоля показало высокие фильтрующие свойства материала, с коэффициентом проскока на селеновом генераторе 9.3*10-3.
В настоящее время область применения материалов на основе полилактида расширяется. Основное его преимущество - возможность переработки всеми способами, применяемыми для переработки термопластов. Настоящее исследование позволит расширить возможности применения полилактида в виде наноматериала для многих областей медицины и легкой промышленности.

Список литературы.

1. Перепелкин К.Е. Возобновляемые растительные ресурсы и продукты их переработки в производстве химических волокон // Химические волокна. 2004, No 3, с. 1-15.
2. Волова Т.Г., Севастьянов В.И., Шишацкая Е.И. Полиалканоаты (ПОА) - биразрушаемые полимеры для медицины. - Новосибирск, Изд. СО РАН, 2002. - 330 с.
3. Novel Biodegradable Microbial Polymers. Ed. by E.A. Daves. - Dordrecht: Kluver Academic Press, 1990.
4. Hagen R. New process to reduce cost price of polylactide. Chemical Fibers International. Van-Made Year Book. - Chemical Fibers International. 2001. p. 6 - 8.
5. Перепелкин К.Е. Полилактидные волокна: получение, свойства, применение, перспективы // Химические волокна. 2002, No 2, с. 12-24.
6. Linnemann B., Sri Harwoko M., Gries Th. Polylactide fibers // Chemical Fibers International. 2003. - V.6, - P. 426-433.

ПОЛУЧЕНИЕ УЛЬТРАТОНКИХ ВОЛОКОН ИЗ РАСПЛАВОВ ПОЛИМЕРОВ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОСПИННИНГА. ВЛИЯНИЕ ВЯЗКОСТИ РАСПЛАВА ПОЛИМЕРА НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛУЧАЕМОГО МАТЕРИАЛА.
Хоменко А. Ю., Малахов С.Н., Белоусов С.И., Праздничный А.М.
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я.Карпова", Москва, ул. Воронцово Поле, 10

Потребность в высокоэффективных фильтрующих материалах существовала всегда, при этом, в связи с повышением опасности химических производств и увеличением загрязнения окружающей среды, требования к фильтрующим материалам постоянно ужесточаются. Наиболее эффективной технологией получения фильтрующих материалов является электроспиннинг (электроформование) ультратонких волокон из раствора полимера с помощью электростатических сил. Достоинствами процесса получения нетканого микроволокнистого фильтрующего материала являются простота технологии и уникальные свойства продукции. Электроспиннинг из растворов, имеет ряд недостатков, обусловленных использованием растворителя. А именно, в процессе формования растворитель испаряется и выбрасывается в окружающую среду, что приводит к ее загрязнению и значительно увеличивает себестоимость конечной продукции. Нетканый материал содержит в себе остаточный растворитель, что ограничивает его применение в областях, требующих высокой химической чистоты продукта (например, в медицине). Из–за нерастворимости значительного числа полимеров в «обычных» растворителях значительно сужается диапазон выпускаемой продукции.
Метод электроспиннинга из расплава полимеров лишен этих недостатков. Значительно увеличивается производительность технологического процесса. За счет подбора исходного материала и условий процесса формования, а также включения различных добавок можно создавать материалы, обладающие комплексом специфических свойств и предназначенные для решения конкретных промышленных задач. В «расплавном» методе на первый план выходят проблемы, связанные с высокой вязкостью расплавов, которая превышает вязкость растворов полимеров. Высокая вязкость расплава затрудняет расщепление волокон и требует применение более мощных электрических полей. В результате средняя толщина микроволокон получается большей, чем при использовании растворного метода.
В докладе обсуждается процесс получения микроволокон из полиамида-6, на разработанной нами экспериментальной установке для электроформирования волокон из расплава полимеров, ключевыми компонентами которой являются экструдер с заменяемыми фильерами, высоковольтный источник питания и приемный барабан.
Показано, что использование чистого полиамида высокой молекулярной массы и электрических полей порядка 100 кВ приводит к получению микроволокон толщиной до 30 мкм. С целью снижения вязкости расплава ПА и увеличения эффективного поверхностного заряда полимера подобран ряд добавок ПАВ из ряда натриевых солей высших жирных кислот: миристиновой, олеиновой и стеариновой. Введение добавок от 2-10% wt. приводит к снижению вязкости расплава ПА, в результате средний размер волокон снижается до 0,5 - 3 мкм. Размер волокон определяли методами оптической и электронной микроскопии. На рис.1 приведены микрофотографии нетканого материала их ПА. На рис.1А показан материал с характерным диаметром волокон 3,5 мкм; состав материала: 90% полиамид+10% стеарата натрия.
В докладе рассмотрены влияние добавки различных ПАВ на вязкость получаемого расплава и, следовательно, на характерный диаметр волокон.

Работа поддержана РФФИ. Проект № 09-03-00235-а


Дисперсный состав и содержание химических элементов в аэрозолях приземного слоя атмосферы г. Москвы
А.В. Андронова, И.Г. Гранберг,* М.А. Иорданский, В.М. Минашкин, Ю.И. Обвинцев, А.В. Трефилова, М.С. Артамонова*
Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л. Я. Карпова, Москва
*- Институт физики атмосферы РАН

Исследования массовой концентрации, элементного состава, функции распределения по размерам и пофракционного распределения химических элементов в приземном атмосферном аэрозоле является важнейшей задачей экологического мониторинга. Это вызвано тем, что вырос интерес к измерениям концентраций аэрозольных частиц различных размеров в воздухе, связанный с влиянием аэрозолей на здоровье людей.
В данной работе представлены результаты синхронных измерений дисперсного состава и содержания химических элементов в аэрозолях приземного слоя атмосферы г. Москва. Эти данные могут быть полезны с точки зрения оценки накопления тех или иных элементов в организме человека и их влияния на здоровье.
Анализ атмосферного воздуха представляет серьезные трудности в основном по двум причинам. Во-первых, атмосфера является системой неустойчивой, так как ее физические и химические характеристики постоянно меняются. Во-вторых, многочисленные химические соединения, подлежащие анализу, содержатся в воздухе в концентрациях от 10-12 до 10-3 г/м3 . Последнее обстоятельство накладывает определенные условия на процедуру отбора аэрозольных проб и методы их анализа. Пробы отбираются либо при прокачке воздуха через специальные фильтры, либо через каскадные импакторы, когда содержащиеся в атмосфере аэрозоли осаждаются на специальные подложки. В экспериментах для отбора проб использовались относительно чистые фильтры типа АФА-ХА, ФПА и ФПАР.
Элементный состав проб определялся методом масс-спектрометрии. На фильтрах были идентифицированы 26 химических элементов. Для определения возможных источников поступления химических элементов рассчитывались коэффициенты обогащения.
Проведен расчет коэффициентов корреляции между элементами и размерами частиц, что позволило выявить возможные частицы-носители для ряда химических элементов.







Члены Оргкомитета и их контактные телефоны
Басманов Петр Иосифович 917-89-04 (доб.20).
Будыка Александр Константинович 916-67-93
Шепелев Алексей Дмитрович 917-89-04 (доб.20)

Факс института 975-24-50
E-mail: budyka @cc.nifhi.ac.ru.
basmanov_pi@mail.ru
Адрес для переписки: 105064, Москва, ул. Воронцово Поле, 10, НИФХИ им. Л.Я. Карпова, Лаборатория Аэрозолей.