Нанотехнологии. Коммерческая реализация в процессе проработки
АО "ЗАВКОМ" - первое в Российской Федерации предприятие, освоившее промышленный выпуск многостенных углеродных нанотрубок, а также материалов на основе графена и родственных структур.
Описание
Углеродные нанотрубки и графен, открытые в 90х годах двадцатого века и в первом десятилетии текущего столетия соответственно, являются уникальными структурами, обладающими удивительными свойствами: высокая прочность, в сочетании с рекордной электро- и теплопроводностью, способность поглощать и удерживать различные загрязнители и др.
Углеродные нанотрубки представляют собой квазиодномерные, наномасштабные, нитевидные образования поликристаллического графита цилиндрической формы с внутренним каналом.
На сегодняшний день предприятие освоило выпуск многостенных углеродных нанотрубок большое разнообразие их функционализированных форм, адаптированных к конкретным приложениям. Также предприятие разрабатывает, производит и реализует пилотное оборудование для реализации процессов синтеза углеродных наноструктур. Так в 2008 - 2010 годах реакторы синтеза углеродных нанотрубок были поставлены в Японию, Чехию, Германию и Украину.
Качество и безопасность нанотехнологической продукции, производимой АО «ЗАВКОМ», подтверждается сертификатами системы «Наносертифика», а УНМ серии «Таунит» отмечены знаком «Российская нанотехнологическая продукция».
АО «ЗАВКОМ» производит следующие виды нанотехнологической продукции:
Углеродный наноструктурный материал серии «Таунит»
|
Характеристики |
Таунит |
Таунит-М |
Таунит-МД |
|
Внешний диаметр, нм |
20-50 |
10-30 |
8-30 |
|
Внутренний диаметр, нм |
10-20 |
5-15 |
5-15 |
|
Длина, мкм |
≥2 |
≥2 |
≥20 |
|
Общее количество примесей, % общее после отчистки |
≤10 ≤1 |
≤5 ≤1 |
≤5 ≤1 |
|
Удельная поверхность, м2/г |
≥90 |
≥270 |
≥270 |
|
Насыпная плотность, г/см3 |
0.3-0.6 |
0.025-0.06 |
0.025-0.06 |
|
Термостойкость, °С |
до 600 |
до 600 |
до 600 |
Графеновые нанопластинки "Таунит-ГМ"
|
Параметр |
Таунит-ГМ (Многослойный) |
Таунит-ГМ (Малослойные) |
|
Число графеновых слоев |
15 - 25
|
3 - 5
|
|
Толщина нанопластин, нм |
6 - 8
|
1 - 3
|
|
Размер нанопластин в плоскости, мкм |
2 - 10 |
2 - 10
|
|
Содержание нанопластин, %масс. |
4 - 7
|
12 - 16
|
|
Содержание кислорода по отношению к углероду, %масс. |
9 - 13
|
9 - 13
|
|
Содержание серы, %масс.
|
≤0,7 |
≤0,7
|
|
Удельный коэффициент поглощения, л/(г·см) |
30 - 33
|
58 - 63
|
Оксид графена (ОГ) – частицы графена с присоединёнными по краям и внутри углеродной сетки кислородсодержащими функциональными группами.
Товарными формами ОГ являются: водная дисперсия с содержанием воздушно-сухого ОГ равным 1%; сухой ОГ в виде пленок; аэрогель ОГ лиофильной сушки. Товарными формами модифицированных видов ОГ являются дисперсии, пасты и аэрогели.
Свойства оксида графена: густая жидкость тёмно-коричневого цвета, pH – 4-6, запах – отсутствует, латеральный размер частиц: 1-10 мкм, содержание минеральных примесей – 0,3 % (от сухого вещества).В чистой воде дисперсии устойчивы, в присутствии электролитов коагулируют.
Микро- и мезопористые углеродные наноструктуры
Углеродные материалы с развитой поверхностью и размером пор в диапазоне от микро до мезопор для создания эффективных адсорбентов и электродных материалов химических источников тока.
Параметры некоторых производимых материалов:
|
Характеристики |
Марка А |
Марка Б |
|
Площадь поверхность по БЭТ, м2/г |
2400-2600 |
1600-2400 |
|
Размер пор (диапазон) по DFT,nm |
1-10 |
1-16 |
|
Удельный объем пор по DFT, см3/г |
2,0-2,2 |
1,6-2,0 |
|
Содержание углеродных нанотрубок, масс% |
15-20 |
25-35 |
Продукты на основе многостенных углеродных нанотрубок:
- карбоксилированные углеродные нанотрубки (КУНТ) (0,1-1,0 ммоль/г COOH – групп);
- олеофильные углеродные нанотрубки, модифицированные остатками жирных кислот (стеаратом титана) (Ti-УНТ) (модифицированные остатками жирных кислот, до 15 масс%);
- гидрофильные углеродные нанотрубки (ГФУНТ) (растворимые в воде (до 0,2%), в диметилацетамиде (до 0,5%));
- нанотрубки, покрыте полианилином (содержание полианилина 20-90 масс%) (ПАНИ-УНТ);
- суперконцентрат углеродных нанотрубок в эпоксидных и/или фенолформальдегидных смолах (ЭФ-УНТ), содержание нанотрубок до 10 % масс.
- суперконцентрат углеродных нанотрубок в полиэтилене (ПЭ-УНТ), содержание нанотрубок до 10 % масс.
- суперконцентрат углеродных нанотрубок в полипропилене (ПП-УНТ), содержание нанотрубок до 10 % масс.
- суперконцентрат углеродных нанотрубок в полиамиде (ПА-УНТ), содержание нанотрубок до 10 % масс.
- амидированные углеродные нанотрубки (0,1-0,6 ммоль/г CONH2 – групп).
АО «ЗАВКОМ» предлагает услуги по разработке и изготовлению нестандартных рецептур продуктов на основе различных форм углеродных наноматериалов по техническому заданию заказчика, а также разработку технологии и аппаратной реализации процессов получения таких продуктов.
Ti-УНТ
Внешний вид – гранулы черного цвета.
Область применения.
Ti-УНТ используется: В качестве полифункциональных модификаторов конструкционных и функциональных композитов, совместимых с неполярными и малополярными полимерами (полиэтилен, полипропилен, полистирол, полихлорвинил) и компонентами индустриальных масел и смазочных материалов.
Основные характеристики
|
Наименование показателя |
Единицы измерения |
Значение |
|
Наружный диаметр гранул |
мм |
не более 6 |
|
Массовое содержание Тi-УНТ в гранулах |
% |
не менее 40 |
|
Массовое содержание химически привитых к поверхности УНТ титан-стеаратных групп |
%, масс. |
не менее 50 |
|
Образование стабильных коллоидных растворов в индустриальном масле И20А с концентрацией |
% |
не более 0,25 |
|
Диаметр пятна износа при испытании на ЧМТ (четырех шариковая машина трения), при введении не более 1% Ti-УНТ в И20А |
мм |
не более 0,65 |
ГФУНТ
Внешний вид – паста черного цвета.
Использование в качестве полифункционального модификатора конструк-ционных и функциональных композитов на основе водных сред:
- добавки в водорастворимые и водоэмульсионные композиции клеи, краски, покрытия различного назначения, водорастворимые полимеры с целью повышения их эксплуатационных свойств (адгезии, прочности, морозостойкости, УФ-стойкости, термостойкости, огнестойкости, трещиностойкости, антистатических свойств, электропроводности);
-
добавки для бетонных растворов, ускоряющие набор прочности.
Основные характеристики
|
Наименование показателя |
Единицы измерения |
Значение |
|
Наружный диаметр ГФУНТ |
нм |
не более 50 |
|
Содержание УНТ в гранулах |
% |
не менее 40 |
|
Содержание химически привитых к поверхности УНТ кислородсодержащих групп (от массы исходных УНТ) |
%, масс. |
не менее 10 |
|
Повышение предела прочности при сжатии бетона в возрасте 3 суток |
% |
не менее 25 |
|
Повышение предела прочности при сжатии бетона в возрасте 7 суток |
мм |
не менее 20 |
КУНТ
Внешний вид – сыпучий порошок черного цвета или паста черного цвета.
Области применения КУНТ:
- добавка в полярные растворители для создания устойчивых дисперсий УНТ, используемых при пропитке пористых материалов с целью нанесения равномерного слоя УНТ (сорбенты, катализаторы);
- добавка в эпоксидные композиционные материалы с целью улучшения термостойкости, механических, электро- и теплопроводящих, радиоэкранирующих свойств
Основные характеристики
|
Наименование показателя |
Единицы измерения |
Значение |
|
Содержание привитых карбоксильных групп от массы исходных УНТ |
%, масс. |
От 0,5 до 10 |
|
Наружный диаметр отдельных КУНТ |
нм |
не более 50 |
|
Образование стабильных коллоидных растворов в диметилацетамиде, N-метилпирролидоне с концентрацией |
%, масс. |
не более 0,5 |
|
Увеличение прочностных характеристик эпоксидных композиционных материалов при введении не более 1% КУНТ |
%, масс. |
не менее чем на 10 |
ПАНИ–УНТ
Внешний вид – Гранулы или порошок темно-зеленого или черного цвета
Области применения
Продукт «ПАНИ-УНТ» предназначен в качестве:
- материала для изготовления электродов суперконденсаторов, катодов электрохимических источников тока;
- материала для изготовления сорбентов вирусов и бактерий;
- добавки к полимерным материалам, на основе которых изготавливают радиоэкранирующие покрытия.
Основные характеристики
|
Наименование показателя |
Единицы измерения |
Значение |
|
Массовое содержание УНТ в композите |
%, масс. |
не более 80 |
|
Удельная поверхность композита |
м2/г |
не мене 100 |
|
Удельное электрическое сопротивление |
Ом∙см |
не более 10 |
|
Удельная электрическая емкость |
Ф/г |
не менее 100 |
|
Термическая стабильность |
оС |
не менее 300 |
«ПА-УНТ»
Внешний вид – гранулы черного цвета цилиндрической или сферической формы.
Области применения ПА-УНТ:
Продукт «ПА-УНТ» предназначен в качестве добавки в композиции на основе полиамидов: полиамид-6, полиамид-66, группы материалов серии «Арамид» с с целью повышения их эксплуатационных свойств (механической прочности к статическим и динамическим нагрузкам, морозостойкости, УФ-стойкости, термостойкости, огнестойкости, трещиностойкости, антистатических свойств, электропроводности).
Основные характеристики
|
Наименование показателя |
Единицы измерения |
Значение |
|
Размер гранул |
мм |
2-6 |
|
Содержание УНТ |
%, масс. |
не менее 10 |
|
Индекс текучести расплава (ПТР) |
г/10 мин |
0,3-2 |
|
Содержание влаги и летучих компонентов |
%, масс. |
не более 0,1 |
|
Удельное электрическое сопротивление |
Ом∙м |
не более 100 |
|
Термическая стабильность |
оС |
не менее 100 |
|
Повышение механической прочности при введении 1% УНТ |
% |
не менее чем на 15 |
|
Морозостойкость |
оС |
не менее миннус 50 |
|
Повышение УФ-стабильности при введении 1 % УНТ |
% |
не менее чем на 15 |
|
Повышение трещиностойкости при введении 1% УНТ |
% |
не менее чем на 15 |
«ПП-УНТ»
Внешний вид – гранулы черного цвета цилиндрической или сферической формы.
Области применения ПП-УНТ:
- добавка в композиции на основе термопластичных полиолефинов, в первую очередь полипропилена (ПП) для автомобильной промышленности с целью повышения их эксплуатационных свойств (механической прочности к статическим и динамическим нагрузкам, морозостойкости, УФ-стойкости, термостойкости, огнестойкости, трещиностойкости, антистатических свойств, электропроводности).
Основные характеристики
|
Наименование показателя |
Единицы измерения |
Значение |
|
Размер гранул |
мм |
2-6 |
|
Содержание УНТ |
%, масс. |
не менее 10 |
|
Индекс текучести расплава (ПТР) |
г/10 мин |
0,3-2 |
|
Содержание влаги и летучих компонентов |
%, масс. |
не более 0,1 |
|
Теплопроводность |
Вт/(м∙К) |
не менее 0,2 |
|
Удельное электрическое сопротивление |
Ом∙м |
не более 100 |
|
Термическая стабильность |
оС |
не менее 100 |
|
Повышение механической прочности при введении 1% УНТ |
% |
не менее чем на 15 |
|
Морозостойкость |
оС |
не менее миннус 50 |
|
Повышение УФ-стабильности при введении 1 % УНТ |
% |
не менее чем на 15 |
|
Повышение трещиностойкости при введении 1% УНТ |
% |
не менее чем на 15 |
«ПЭ-УНТ»
Внешний вид – гранулы черного цвета цилиндрической или сферической формы
Области применения ПЭ-УНТ:
- добавка в композиции на основе термопластичных полиолефинов, в первую очередь полиэтилена низкого давления (ПЭНД) с целью повышения эксплуатационных свойств (механической прочности к статическим и динамическим нагрузкам, морозостойкости, УФ-стойкости, термостойкости, огнестойкости, трещиностойкости, антистатических свойств, электропроводности).
Основные характеристики
|
Наименование показателя |
Единицы измерения |
Значение |
|
Размер гранул |
мм |
2-6 |
|
Содержание УНТ |
%, масс. |
не менее 10 |
|
Индекс текучести расплава (ПТР) |
г/10 мин |
0,3-2 |
|
Содержание влаги и летучих компонентов |
%, масс. |
не более 0,1 |
|
Теплопроводность |
Вт/(м∙К) |
не менее 0,2 |
|
Удельное электрическое сопротивление |
Ом∙м |
не более 100 |
|
Термическая стабильность |
оС |
не менее 100 |
|
Повышение механической прочности при введении 1% УНТ |
% |
не менее чем на 15 |
|
Морозостойкость |
оС |
не менее миннус 50 |
|
Повышение УФ-стабильности при введении 1 % УНТ |
% |
не менее чем на 15 |
|
Повышение трещиностойкости при введении 1% УНТ |
% |
не менее чем на 15 |
«ЭФ-УНТ»
Внешний вид – паста черного цвета.
Области применения ЭФ-УНТ:
- Использование в качестве полифункциональных модификаторов конструкционных и функциональных полимерных композитов на основе реактопластов: добавки в композиции – связующие, клеи, краски, покрытия различного назначения с целью повышения их эксплуатационных свойств (адгезии, прочности, морозостойкости, УФ-стойкости, термостойкости, огнестойкости, трещиностойкости, антистатических свойств, электропроводности).
Основные характеристики
|
Наименование показателя |
Единицы измерения |
Значение |
|
Внешний вид |
цвет |
Паста черного цвета |
|
Содержание УНТ |
% |
не мене 10 |
|
Повышение прочностных характеристик эпоксидных композиционных материалов, при введении ЭФ-УНТ в количестве не более 1% в расчете на углеродные нанотрубки |
%, масс. |
не менее чем на 10 |
Инновационная экологически чистая добавка в бетон
(стадия разработки и промышленного испытания).
АО «ЗАВКОМ» и ФГБОУ ВО «ТГТУ» разработали наноуглеродную добавку в бетон и опытно-промышленную установку для ее производства.
Инновационная экологически чистая как в производстве, так и в применении добавка в бетон для повышения прочности на сжатие при прочих равных условиях на 30-50% и снижения водопоглощения в 2,5 раза.
- Позволит снизить расход цемента при неизменной прочности изделия.
- Снизить затраты при производстве бетонного изделия.
- Снизить выбросы по парниковым газам в атмосферу возникающие при производстве цемента (косвенно).
