EN
18/01/2019

Прорыв года: новые композитные материалы, остеопластика, синтез глиоксалевой кислоты

18/01/2019
Прорыв года: новые композитные материалы, остеопластика, синтез глиоксалевой кислоты
Инжиниринговый центр является индустриальным партнером по пяти проектам в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы». Сегодня мы готовы рассказать о некоторых важных результатах нашей совместной работы.
Новые химические технологии не появляются ниоткуда. ИХТЦ не только обеспечивает быстрое и эффективное решение задач бизнеса для промышленных предприятий, мы помогаем нашим научным партнерам доводить разработки до стадии востребованного рынком продукта.

В 2017-2018 годах Инжиниринговый центр, понимая важность развития прикладных научных исследований, выступил индустриальным партнером в Федеральной целевой программе «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы».
Простыми словами, мы помогаем государству вдумчиво и с максимальной отдачей тратить бюджетные деньги на поддержку науки и прикладных исследований, вкладывая в значимые проекты, в том числе, и собственные средства.
Нами были поддержаны 5 проектов, отобранных после глубокого анализа и проработки научно-технических заделов участников, по четырем актуальным с точки зрения рынка направлениям:
  • Создание новых композитных материалов.
  • Разработка биосовместимых материалов для остеопластических операций.
  • Разработка энергосберегающей технологии осушения сжатого воздуха.
  • Синтез глиоксалевой кислоты и ванилина на ее основе для фармацевтической промышленности.
Наши научные партнеры:

  • НИ ТГУ (3 проекта)
  • ИФПМ
  • НИТУ «МИСиС»
Общая сумма внебюджетной поддержки партнеров со стороны ИХТЦ составила более 37 млн. рублей. Мы реализовали комплексную программу поддержки, которая выражалась как в непосредственном финансировании работ согласно требованиям контрактов, так и в активном участии (с привлечением собственных средств и вовлечении штатного персонала ИХТЦ) в выполнении технологических работ.
Основные виды работ, выполняемых непосредственно Инжиниринговым центром:
  • Разработка программ исследования и анализа.
  • Разработка принципиальных технологических схем.
  • Разработка предварительного ТЭО с выбором технологического решения.
  • Разработка и детализация принципиальных технологических схем.
  • Разработка рекомендаций по совершенствованию процесса.
  • Разработка стандарта организации на процесс.
  • Технико-экономическая оценка рыночного потенциала полученных результатов.
  • Презентация и продвижение результатов проекта.
  • Разработка проектов ТЗ на проведение ОТР.
  • Разработка проектов ТУ.
Инжиниринговый химико-технологический центр нацелен на поддержку и постепенное внедрение научных результатов проектов. Понимая важность поддержанных работ для развития научных направлений, мы также очень внимательно относимся к их прикладным аспектам. В будущем мы планируем быть на «острие атаки» при практическом внедрении полученных результатов, рассчитывая полностью окупить вложения за счет реализации научных результатов высокого уровня в практике.

Предлагаем нашим заинтересованным партнерам рассмотреть возможность участия в работах по внедрению и распространению полученных результатов и их практической реализации в промышленном масштабе.

1. Нанокомпозиты для оборудования, работающего в условиях Крайнего Севера

Структура импорта (в натуральном выражении) по видам изоцианатов за 2017 год
Тема проекта:
«Разработка с использованием многоуровневых компьютерных моделей иерархически армированных гетеромодульных экструдируемых твердосмазочных нанокомпозитов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена для применения в узлах трения и футеровки деталей машин и механизмов, работающих в условиях Крайнего Севера».
Цель проекта:
В ближайшей перспективе будет разработан новый класс современных гетеромодульных полимерных полифункциональных нанокомпозитов с управляемыми реологическими, гидрофобными и триботехническими характеристиками и стойкостью при низких температурах.

Разрабатываемые нанокомпозиты предназначены для создания изделий с функциональными свойствами, необходимыми при циклической нагрузке, ударных воздействиях, фрикционном взаимодействии в экстремальных климатических условиях, в том числе для работы в условиях Крайнего Севера.
Результаты работ:
  • Установлены зависимости свойств иерархически армированных нанокомпозитов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) от типа и состава наполнителей.
  • Разработаны предварительные составы и способы формирования нанокомпозитов с различным содержанием наполнителей, а также выработаны требования к допустимым технологическим параметрам процесса получения иерархически армированных гетеромодульных экструдируемых твердосмазочных нанокомпозитов.

  • Подобраны пластификаторы для СВМПЭ и режимов их совмещения со смесями. Исследована надмолекулярная структура образцов с добавлением HDPE-g-VTMS или HDPE-g-SMA.
  • Проведена оценка ударной вязкости образцов нанокомпозитов на основе СВМПЭ с добавлением HDPE-g-VTMS или HDPE-g-SMA и коротких углеродных волокон (КУВ).
  • Разработана компьютерная модель эффективных теплофизических и деформационно-прочностных характеристик гетеромодульных композиционных полимерных материалов. Проведена оптимизация состава для увеличения значений модуля упругости порядка 800 МПа.
  • Предложенный вариант состава нанокомпозита позволил достигнуть целевых физико-механических свойств: композит СВМПЭ+10 вес.% HDPE-g-VTMS+5 вес.% КУВ обладает высокими значениями сопротивления ударному разрушению J= 84,1 кДж/м2 и модуля упругости при растяжении E= 840 МПа.

2. Разработка новых биосовместимых материалов для остеопластики

Структура импорта (в натуральном выражении) по видам изоцианатов за 2017 год
Тема проекта:
«Создание инженерных конструкций из основных классов биосовместимых инженерных материалов (керамических, металлических, полимерных, композитных и гибридных конструкций) и их индивидуализация с помощью клеточных технологий».
Цель проекта:
В рамках проекта решаются основные задачи остеопластики путем теоретической и практической разработки индивидуализированной клеточно-инженерной конструкции на основе гибридного полимерного каркаса, имитирующего структурные особенности костной ткани, импрегнированной антибактериальным препаратом.

Идет разработка технологий формирования пространственно-структурированных клеточно-инженерных конструкций для реконструкционной хирургии костей, а также разработка и создание гибридного каркаса с повышенной механической прочностью на основе СВМПЭ для возмещения дефектов костной ткани, импрегнированного антибиотиком с использованием технологии сверхкритичных флюидов.
Результаты работ:
  • В 2018 году смоделированы и изготовлены армирующие структуры, отработан способ формирования пористого слоя имплантата (поры 70-800 мкм, пористость 80%), а также разработана методика формирования сплошного слоя.
  • Разработаны медико-технические требования к гибридному каркасу и проведены механические и биологические испытания.
  • Проведена оценка колонизации гибридных каркасов: мультипотентными мезенхимальными стромальными клетками (ММСК) показала нарастание интегринов и селектинов (CD11c, CD11b, CD62l). Образцы с антибактериальным препаратом имеют высокую бактерицидную активность.
  • Проведена оценка колонизации гибридных каркасов: мультипотентными мезенхимальными стромальными клетками (ММСК) показала нарастание интегринов и селектинов (CD11c, CD11b, CD62l). Образцы с антибактериальным препаратом имеют высокую бактерицидную активность.
  • Проведена генерация (ММСК), использованная для заселения каркаса.
  • Разработаны методики производства армирующих структур и гибридных каркасов, изготовлены гибридные каркасы армирующих перфорированных структур с пористым слоем СВМПЭ.
  • Проведена стерилизация образцов в среде сверхкритического флюида методом press-depress. Оценка качества стерилизации гибридных каркасов показала отсутствие контаминации поверхности микроорганизмами.
  • Разработана методика импрегнации внешнего слоя полимерного каркаса антибактериальным компонентом в среде сверхкритического флюида.
  • Изготовлены гибридные каркасы с антибактериальным препаратом и каркасы для заселения культурой ММСК.

3. Технологии создания энергосберегающих систем транспортировки, распределения и использования энергии

Структура импорта (в натуральном выражении) по видам изоцианатов за 2017 год
Тема проекта:
«Разработка энергосберегающих технологий осушения сжатого воздуха в процессе компримирования и подготовки для использования в промышленности и на транспорте».
Цель проекта:
Сжатый воздух используется практически во всех отраслях народного хозяйства. Потенциал сокращения потерь электроэнергии в системе сжатого воздуха очень велик (до 30%). Модернизация установок осушения воздуха и повышение энергоэффективности таких систем приведут к существенному сокращению производственных издержек.

Потенциальными потребителями технологии получения высокоэффективного сорбента являются предприятия России, производящие промышленные адсорбенты, нефтегазодобывающие компании, нуждающиеся в эффективных адсорбентах и системах осушки.
Целью работ являются:

  1. Разработка энергосберегающей адсорбционной технологии большой производительности для осушения сжатого воздуха в процессе компимирования и подготовки для использования в промышленности и транспорте;
  2. Разработка новых высокоэффективных адсорбентов для использования в установках осушения сжатого воздуха.
Разрабатываемая технология получения алюмооксидных адсорбентов отвечает требованиям экологичности и минимизации технологических стадий.
Результаты работ:
  • Оценка экономической эффективности организации производства высокоэффективных адсорбентов и предварительные маркетинговые исследования рынка показали, что данные продукты имеют значительный рыночный потенциал.
  • Подготовлены методики исследовательских испытаний по изучению адсорбционных характеристик образцов на стендах, составлена технологическая инструкция по изготовлению образцов на основе оксида алюминия. Подготовлена эскизная конструкторская документация на стенды.
  • Проведена модернизация стендов для синтеза адсорбентов, измерения динамической адсорбционной емкости и кинетики адсорбции паров воды. Синтезированы образцы высокоэффективных алюмооксидных адсорбентов.
  • Изучены физико-химические характеристики синтезированных образцов. Проведено определение статической и динамической емкости, а также изучение кинетики адсорбции паров воды для адсорбентов на основе оксида алюминия и синтезированных высокоэффективных алюмооксидных адсорбентов.
  • Оптимизация условий синтеза позволяет получить модифицированный ионами натрия алюмооксидный адсорбент с улучшенными характеристиками прочности (8,4 МПа) и динамической емкости — 10,60/100 г (7,5 г/100 см3), что существенно превосходит заявленные в техническом задании показатели.
  • Разработаны математические модели расчета оптимального размера зерна адсорбента, высоты и состава слоев в адсорбере и проведены численные исследования по оптимизации технологических режимов работы адсорберов при применении эффективных адсорбентов.
  • Разработаны технологическая инструкция по формованию разработанных адсорбентов, и Стандарт организации на лабораторный процесс приготовления алюмооксидных адсорбентов.

4. Разработка композиционного материала нового класса для ядерных реакторов

Структура импорта (в натуральном выражении) по видам изоцианатов за 2017 год
Тема проекта:
«Разработка и создание нового класса высокопрочных и высокомодульных конструкционных композиционных материалов с высоким сопротивлением статическим, повторно-статическим, динамическим и радиационным нагрузкам».
Цель проекта:
Разработка жаропрочного, радиационно- и коррозионно-стойкого композиционного материала нового класса, эксплуатация которого будет возможна в активной зоне атомных энергетических реакторов на быстрых нейтронах нового поколения, и физико-химические свойства которого обеспечат радиационную и коррозионную стойкость изделий при сверхвысоких параметрах эксплуатации при T≤700°С и дозах повреждения более 150 смещений на атом в условиях замкнутого ядерного топливного цикла.

Новые композиты состоят из модифицированного сплава на основе V-Ti-Cr, закрытого с обеих сторон хромсодержащей сталью. Данное сочетание обеспечивает материалам улучшенные физико-химические свойства, необходимые для использования при сверхвысоких параметрах эксплуатации в активной зоне ядерного реактора.
Результаты работ:
  • Разработан способ получения композиционного материала, который можно применять в атомной промышленности. Материал получают на основе ванадиевого сплава, закрытого с двух сторон сталью Х17. Полученные экспериментальные образцы показали хорошую радиоактивную и коррозионную стойкость, характеризующиеся сохранением механических свойств сплава после облучения источником ионов на основе вакуумного дугового разряда.
  • Проведены исследовательские испытания в соответствии с разработанной программой и методикам экспериментальных образцов трехслойного материала до и после облучения.
  • Исследовано воздействие облучения с использованием нейтронного облучения высокой интенсивности на экспериментальные образцы.
  • Разработаны технические требования и предложения по разработке и производству изделий из трехслойного материала с учетом технологических возможностей и особенностей организации реального сектора экономики.
  • Проведена корректировка технологического лабораторного регламента на процесс получения экспериментальных образцов ванадиевого сплава.
  • Разработаны методики производства армирующих структур и гибридных каркасов, изготовлены гибридные каркасы армирующих перфорированных структур с пористым слоем СВМПЭ.
  • Составлен проект технических условий экспериментальных образцов ванадиевого сплава.
  • Разработан технологический лабораторный регламент получения образцов трехслойного материала, проведены дополнительные патентные исследования.

5. Технология синтеза глиоксалевой кислоты для производства фармпрепаратов

Структура импорта (в натуральном выражении) по видам изоцианатов за 2017 год
Тема проекта:
«Разработка методов синтеза глиоксалевой кислоты и ванилина на ее основе как основных компонентов для производства ряда фармацевтических препаратов и ценных химических продуктов».
Цель проекта:
На сегодняшний день отмечается повышение спроса на мировом рынке на на глиоксалевую кислоту как основной компонент в тонком органическом синтезе важнейших соединений, таких как аллантоин, фтивазид, ванилин и др., которые используются в медицине, пищевой и косметической промышленности.

Синтетический ванилин как ароматизатор широко используется в кондитерском деле и парфюмерии, идентичен натуральному и является одним из немногих пищевых продуктов, получаемых исключительно из непищевого сырья. Более того, ванилин является важным полупродуктом при получении таких фармацевтических препаратов, как папаверин, леводопа, триметоприм и др.

В России глиоксалевая кислота и ванилин не производятся, что делает проект актуальным также с точки зрения разработки импортозамещающих технологий.

Проект направлен на разработку способов синтеза глиоксалевой кислоты и ванилина на ее основе с целью последующего промышленного освоения технологии их производства и использования как компонентов в синтезе ряда полезных продуктов на химических и фармацевтических предприятиях реального сектора экономики Российской Федерации.

Результаты работ:
На текущий момент разработаны лабораторные методики получения глиоксалевой кислоты, как в виде водного раствора, так и кристаллического моногидрата, ванилилминдальной кислоты и ванилина-сырца.

Дальнейшие работы будут направлены на увеличение выхода целевых глиоксалевой кислоты и ванилина, а также на сокращение расходных коэффициентов по основным ценообразующим реагентам.
Если материал оказался для вас полезным - поддержите проект и поделитесь записью!
Вы можете задать любой интересующий вас вопрос, заполнив форму обратной связи, или по телефонам в разделе «Контакты».

Будем рады сотрудничеству!
Наши контакты
Другие материалы:
Мы публикуем интересные новости о реальном секторе экономике и отвечаем на вопросы, возникающие у производственников. Подпишитесь и первым узнавайте об обновлениях:
Импорт изоцианатов в Россию 2018. Прогноз на 2019 год
15/11/2018: Анализ импорта изоцианатов (ТДИ, МДИ) в Россию 2017-2018 годы. Прогноз по импорту изоцианатов на 2019 год. Крупнейшие импортеры МДИ и ТДИ в России. Программа импортозамещения в химической отрасли. Строительство производства изоцианатов в России, технология.
Рост цен на бензин 2018. Запретительные пошлины на экспорт
01/11/2018: Рост цен на бензин и дизельное топливо 2018. Запретительные пошлины на экспорт нефти и нефтепродуктов. Экспорт бензина из России 2017-2018. Заморозка цен на бензин и дизельное топливо. Доходы нефтяных компаний от экспорта бензина и нефтепродуктов.
Прогнозы рынка оксида алюминия. Обзор производителей
19/09/2018: Темпы роста рынка оксида алюминия и катализаторов на его основе до 2025 года составят 4,6% в год. География рынка производства оксида алюминия. Драйверы роста рынка оксида алюминия: керамическая промышленность, фармацевтика, медицина и электроника. Статистика по мировому производству оксида алюминия. Рынок высокочистого оксида алюминия (сегмент чистоты 4N и 5N) в 2018-2025 годах.