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.
- НИ ТГУ (3 проекта)
- ИФПМ
- НИТУ «МИСиС»
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.
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
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
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
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:
- Разработка энергосберегающей адсорбционной технологии большой производительности для осушения сжатого воздуха в процессе компимирования и подготовки для использования в промышленности и транспорте;
- Разработка новых высокоэффективных адсорбентов для использования в установках осушения сжатого воздуха.
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
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
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.
