En
Нанотехнологией (НТ) можно назвать, с некоторым упрощением, использование наночастиц (НЧ) для получения материалов и изделий различного назначения. НЧ называют частицы твердого тела, размер которых лежит в интервале от 1 до 100 нм (1 нм = 10-9м).
Такие частицы обладают свойствами, заметно отличающимися от подобных свойств у частиц даже коллоидных размеров (10-5- 10-7м), не говоря уже о более грубых. И это отличие позволяет получать на их основе материалы и изделия с более высокими показателями свойств, а нередко и с новыми уникальными качествами. Вследствие таких особенностей, НТ сегодня – одна из наиболее быстро развивающихся сфер человеческой деятельности [1]. Взрыв интереса к НТ произошел в 1984 г., в котором американские ученые Р.Смолли, Р.Курл, Т.Крото сообщили об открытии фуллерена. Значимость этого открытия подчеркнута присуждением им в 1996 г Нобелевской премии. С тех пор фуллерен стал знаковой фигурой НТ. А для его обозначения был предложен символ С60.
Другим свидетельством этой значимости может быть число публикаций по НТ. К настоящему времени их уже появилось в журналах различного профиля несколько сот тысяч. За рубежом появилось множество журналов, посвященные только НТ. Один из таких журналов – «Нанотехника» – начал с 2004 г. издаваться и в России.
Уже вышли в свет и несколько монографий, в том числе и на русском языке [1-5].
Анализ отечественной информации по НТ позволяет сделать вывод, что исследования влияния НЧ на свойства герметиков начались, но объем их и интенсивность невелики.
Так, изучается [6] влияние фуллерена С60 на полисульфидные герметики. Предварительные испытания показали, что под воздействием этого вещества прочностные и адгезионные показатели герметиков могут быть повышены более, чем вдвое.
Исследуется влияние фуллеренов и на синтетические каучуки [7].
Вторым веществом в виде НЧ, которое широко используют в НТ, является диоксид кремния. Показано [8], что в резинах он может заменять, хотя бы частично, сажу.
НЧ диоксида кремния начинают применяться в производстве так называемых «зеленых автошин», т.е. шин, проектор которых истирается с меньшей скоростью, следовательно, меньше пылит.
На ООО «Нижнекамскшина» развернут [9] комплекс работ по испытанию отечественных наноразмерных кремнеземных наполнителей. Один из таких наполнителей под названием «Росил 175» уже создан на ОАО «Сода», г. Стерлитамак.
Вводить в резиновые смеси НЧ кремнезема удается лишь после обработки их кремнийорганическими аппретами, разработкой которых занимается «Казанский завод синтетического каучука».
Поскольку этими публикациями и исчерпывается найденная автором информация о «нанонизации» герметиков в нашей стране, т.е., эта ниша пока еще не занята, то он считает весьма важным включиться в «нанотехнологическую гонку» и заняться изучением влияния на бутилкаучуковые герметики еще не исследованных НЧ, информация о которых приводится ниже.
Шунгит. Это — природный минерал, который уже назвали «национальным камнем России», поскольку он обнаружен пока лишь на ее территории (Карелия) и обладает рядом выдающихся свойств, например,
способностью убивать микроорганизмы в воде, которая приводится в контакт с ним, поглощать электромагнитное излучение, высокими тепло- и электропроводностью. Считается, что этими качествами шунгит обладает благодаря наличию в нем фуллеренов.
Все эти свойства он вносит в полимерные композиции, если ввести его в них как наполнитель. Небесполезны эти свойства будут и для герметиков Абрис.
Микрокремнезем. При синтезе кремния в качестве побочного продукта образуются НЧ диоксида кремния, получившие название микрокремнезема. Практически такое же вещество образуется и при выплавке ферросилиция. К настоящему времени выявлено положительное влияние этих веществ на цементные композиции. Полагаю, что оно будет полезным модификатором и для бутилкаучуковых герметиков.
Рентгеноаморфный гидроксид алюминия. Это вещество специально синтезируют на одном из заводов России. Основное его предназначение – быть антипиреном в пластмассах. Считаю, что и в герметиках Абрис это его свойство может быть востребовано.
Гидроксид магния. Это вещество, синтез которого в виде НЧ разработан [10] недавно, является еще более эффективным антипиреном, чем гидроксид алюминия.
Интересны и вещества, известные под названиями «Гидроксаль», «Пигменталь», «Пропаль» и предназначаемые в качестве белых пигментов [11]. Производятся они в виде порошков более грубых, чем НЧ, но с помощью домола на так называемых планетарных мельницах, размер их может быть снижен.
Наряду с использованием НЧ, получение покрытий наноразмерной толщины также относят к НТ. Такие покрытия могут заметно упростить процесс изготовления герметиков. Так, в настоящее время в России синтезируют вещества, называемые эпиламами. Это – фторорганические соединения, обладающие высочайшей поверхностной активностью.
Нанесенные на поверхность, например, стальных резца, сверла, они в несколько раз повышают их износостойкость. Одним из представителей мира эпиламов является эпизам, производимый в Дзержинске.
Следует, по моему мнению, изучить и возможности хроморганического вещества, производимого также в г. Дзержинске под названием «Бархос». Из него пиролитическим разложением можно отложить на поверхности стали хромовое покрытие толщиной от нескольких нанометров до 1 мм. Это покрытие проявляет более высокую износостойкость, чем, например, гальваническое.
Изнашивание узлов трения – одна из наиболее частых причин отказов различных механизмов. Эффективность смазок, применяемых ныне для предотвращения износа, может быть существенно повышена, если вводить в них НЧ так называемых ремонтно-восстановительных составов (РВС). Они не только существенно повышают износостойкость пары трения, но и «залечивают» начавшие разрушаться трущиеся поверхности, откладываясь в изъянах. Чешуйчатая форма частиц РВС (по природе это серпентиниты) позволяет сглаживать поверхности пар трения. Все это позволяет не только продлить межремонтный период, но и снизить расходы топлива или электроэнергии, необходимые для работы механизма.
Начали применять НТ и в производстве средств, предназначаемых для охраны труда, повышения комфортности воздушной атмосферы в помещениях различного назначения. Так, используя фотокаталитический эффект, возникающий на поверхности НЧ диоксида титана под воздействием ультрафиолета, приводящий к разложению органического вещества до углекислого газа, воды и азота, Институт катализа Сибирского отделения РАН создал очиститель и обеззараживатель воздуха «АэроЛюкс». Он обеспечивает надежную защиту от вредного воздействия взвешенных в воздухе органических частиц, бактерий, вирусов, спор микроскопических грибов.
С использованием этого эффекта созданы лакокрасочные материалы, образующие непачкающиеся покрытия.
Особенно эффективно применение таких устройств в период эпидемий, распространяющихся воздушным путем.
В заключение отмечу, что в высочайшем здании мира Тайпей 101 при монтаже окон были использованы бутилкаучуковые герметики, поставленные немецкой фирмой.
Выражаю надежду, что для окон российских высоток будут применяться герметики Абрис, произведенные с использованием нанотехнологий.
Литература:
1. Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию. / Пер. с японск. А.В.Хачояна под ред. Л.Н.Патрикеева. - М.: Изд-во «Бином». Лаборатория знаний, 2005, - 134 с.
2. Пул Ч., Оуэнс Ф. Мир материалов и технологий. Нанотехнологии М.: Изд-во «Техносфера», 2005. – 336 с.
3. Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направления исследований. / под ред. М.С.Роко, В.С. Уильяма, П. Аливисатояси; перевод с англ. под ред. Р.А.Андриевского, М.: Мир, 2002. - 276 с.
4. Помогайло А.Д., Розенберг А.С., Урлянд И.П. Наночастицы металлов в полимерах. М.: Химия, 2002. – 672 с.
5. Гусев А.И., Ремпель А.А.. Нанокристаллические материалы. М.: Физматлит, 2002. - 224 с.
6. Донской А.А., Герметики для авиационной промышленности. // Клеи. Герметики. Технологии. 2005, №2, С.3-7
7. Лямкин А.И., Редькин В.Е., Чиганова М.И. Получение, свойства и применение детонационного наноуглерода в эластомерных композициях // Каучук и резина. 2005, №5, С. 25-27.
8. Туторский И.А., Покидько Б.В. Эластомерные нанокомпозиты со слоистыми силикатами. // Каучук и резина, 2005. №5, С. 23-25.
9. Химический журнал // 2004, сентябрь. С.20.
10. Войтович В.А., Зеляев И.А., Спирин Г.В., и др. Способ получения оксида магния. Пат. РФ № 2198842. Бюл. 2003. №5.
11. Кузнецов А.Н., Чигликов С.Н. Новые перспективные материалы. Активные наполнители для специальных строительных материалов // Промышленно-строительное обозрение. 2005, №3, С. 32-33.
В.А.Войтович
Доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности»
Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета, к.т.н.