Вернуться к обычному виду



Блог Олега Фиговского - Сообщения с тегом "Нанотехнологии строительство"

  
  • Архив

    «   Декабрь 2019   »
    Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
                1
    2 3 4 5 6 7 8
    9 10 11 12 13 14 15
    16 17 18 19 20 21 22
    23 24 25 26 27 28 29
    30 31          
Фиговский Олег  Львович

Блог Олега Фиговского

Автор: Фиговский Олег Львович

Prof. Oleg L. Figovsky is the founder, Director R&D of International Nanotechnology Research Centre “Polymate” (see at: http://www.polymateltd.com/), where he is carrying now many research works in nanostructured corrosion resistant composite materials and protective coatings based on polymer and silicate matrix. In 1982 he elaborated the first nanostructured anticorrosion composite materials based LG-matrix, where nanoparticles are forming during technological process by hydrolysis of TFS. Last his elaborations are nanostructured nonisocyanate polyurethanes, nanocellulose and nanocomposites based on epoxy-rubber binders.
Novel nanotechnologies invented by prof. Figovsky were a base for establishing a few of industrial production in USA, Canada, China, Russia and Israel.
He is also the President of IAI (Israel), member of European Academy of Sciences, Foreign Members of two Russian Academies of Sciences (REA & RAACS), the chairman of the UNESCO chair “Green Chemistry”. For few of his inventions in nanotechnologies he received gold and silver medals at the IENA-98 (Nurnberg, Germany).
From 1999 he is the editor-in-chief of the journal “Scientific Israel – Technological Advantages”, from 2008 – of the “Open Corrosion Journal” and from 2010 the journal "Resent patents on Corrosion Science".
In 2006 he received the Gold Angel Prize at the “Genious-2006” exhibition and in 2007 NASA Nanotech Briefs®’ Nano 50™ Award, Prof. Figovsky had many times keynote lectures, including for National Investment Banking Association (see at: http://www.nibanet.org/Figovsky-slideshow.html
For last ten years prof. Figovsky was a chief scientific adviser for 3 investment institutions.
Prof. Figovsky is now Director R&D of US investment and transfer technology company “NanoTech Industries, Inc.” (see at: http://www.nanotechindustriesinc.com/index.php). Prof. Oleg L. Figovsky has more than 500 patents and has published and lectured extensively. He is one of authors of the Encyclopedia of Surface and Colloid Science, (http://www.dekker.com/sdek/issues~db=enc~content=t713172975)
Prof. Figovsky was elected as a Presidium member of Russian Nanotechnology Society (2008). During last a few of years prof. Figovsky carrying his reviews as an expert of Israeli Ministry of Industry & Trade (BASHAN program), European Committee (7 framework program) and RusNano (Russia). He is a honorary professor of Voronezh University (VGASU) and Kazan State National Research Technical University. In 2009 prof. Figovsky became the VIP-expert of Russian Foundation for small and middle business.
Web-site: http://figovsky.borfig.com/


УСПЕХИ НАНОТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

УСПЕХИ  НАНОТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

О.Л. Фиговский1,  Д.А. Бейлин2 , А.Н. Пономарев 3
1 Nanotechindustries Inc. Daly City, USA,
2 Polymate Ltd.-International Nanotechnology Research Center, Migdal HaEmek, Israel.
3 ООО «НТЦ Прикладных Нанотехнологий», Санкт-Петербург, Россия,
olf@borfig.com

ВВЕДЕНИЕ

В последнее десятилетие резко возрос интерес к исследованиям в области нанотехнологии строительных материалов, поскольку результат таких исследований может стать  основой внедрения в практику новых материалов обладающих уникальными физико-механическими и химическими характеристиками.
На Рис.1 можно видеть масштабы разработки наноструктурированных  строительных материалов в зависимости от их вида.



Рис. 1 Научно-исследовательские и опытно-конструкторские разработки в области нанотехнологии строительных материалов

Ниже приводится краткий обзор некоторых на наш взгляд важных аспектов применения нанотехнологии при производстве строительных материалов, Обзор написан на основе ряда опубликованных или находящихся в открытом доступе источников, в том числе, выполненных при участии авторов.

БЕТОН

Работы в области создания наноструктурированного бетона являются одним из самых активных и перспективных направлений нанотехнологии строительных материалов. В таблице 1 сделана попытка систематизации применения наноматериалов в бетоне.




Кратко рассмотрим некоторые наиболее интересные методы нанотехнологии бетона.

Микроармирование и динамическое дисперсное самоармирование цементного камня

Введение в бетонные смеси коротких углеродных нанотрубок и наночастиц фуллероидного типа – астраленов   в количестве  менее, чем 10-3 %  приводит к росту в составе цементного камня протяженных структур длиной в сотни мкм. Наличие таких образований является ничем иным, как микродисперсным самоармированием цементного камня, что приводит к соответствующему упрочнению бетонов на основе таких нанодобавок .
Интересным направлением использования структурирующих наноинициаторов бетонных смесей является предварительное их нанесение на твердые носители и использование сухих комбинированных добавок. В качестве микрофибры-носителя наноинициаторов авторы использовали высокомодульные базальтовые микроволокна длиной 100-500 мкм, волокна. Такой метод можно определить, как динамическое дисперсное самоармирование бетона

Управление подвижностью бетонных смесей
           
Суспензии разнообразных фуллероидов позволяют резко повысить  удобоукладываемость бетонных смесей от П1 до П5. Введение углеродных нанокластеров гидроксильных и сульфокислотных групп. дает возможность перехода к массовому промышленному производству достаточно дешевых растворимых аддуктов нанокластеров углерода обеспечивают стабильный во времени и в широком диапазоне внешних условий эффект повышения эффективности действия большинства промышленных пластификаторов бетонных смесей
Модифицированные пластификаторы – это, в первую очередь, инструмент для создания новых марок высококачественных бетонов с максимально высокими служебными параметрами.

Нанокомпозитная арматура

Наиболее перспективным направлением получения высокопрочной, коррозионно- и – термостойкой арматуры для бетона  является создание  высокомодульной полимерной композиционной арматуры. В международной строительной практике композитная арматура применяется, преимущественно, в виде бандажей и усиливающих лент. Бетоны, армированные ламинированными композитными арматурными стержнями, в меньшей степени подвергаются кислотной и биологической коррозии. Такие арматурные стержни выполняют в виде металлического сердечника, ламинированного композитным составом, представляющим собой волокна  материала, распределенные в матрице на основе эпоксидной смолы.
Автором предложена нанокомпозитная арматура, получаемая из полимербетонного стержня с намотанной углеродной лентой-  препрегом, пропитанной связующим. Поверхность углеродных волокон и сама полимерная матрица внешней оболочки легированы углеродными наночастицами фуллероидного типа. Регулируя число слоев конструкционного углепластика и углы намотки, возможно управлять физико-механическими показателями нанокомпозитной арматуры и коэффициентами термического расширения, получая их характеристики в задаваемых диапазонах значений.

Легкий наноструктурированный бетон для мостостроения, высотного
и специального строительства и опыт его применения

       
Автором разработан и испытан бетон легкий наноструктурированный (ТУ 5789-035-23380399-2008). Основные параметры нового легкого конструкционного бетона:
•       прочность на сжатие, МПа, не менее………………………………..45-55
•       прочность на растяжение при изгибе, МПа, не менее...……………6-8
•       водонепроницаемость,W, не менее………………………………….14-20
•       морозостойкость, циклов, не менее………………………………….350
•       удобоукладываемость………………………………………………...П4-П5
•       плотность, кГ/м3, не более……………………………………………1500-1600  

Легкий нанобетон был испытан и рекомендован для применения в аккредитованном испытательном Центре «Дормост». Во Французском Институте Бетона и Железобетона начата работа по валидации и выданы рекомендаций по его применению в странах Евросоюза, работа по его сертификации для национального использования выполнена в Хорватии. Впервые легкий нанобетон был успешно апробирован при реконструкции моста через р. Волга в г. Кимры

             СТАЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Как известно, концентраторы напряжений в металлических конструкциях являются одной из главных причин появления микротрещин,  которые приводят к усталостному разрушению конструкции. Опытным путем установлено, что легирование материала наночастицами меди способствует «сглаживанию» поверхности стали и тем самым  уменьшению числа концентраторов напряжений.
Недавно проведенные исследования показали, что измельчение цементитной составляющей микроструктуры стали до наноразмерных зерен позволяет изготавливать из такой стали высокопрочные кабели и тросы, которые находят широкое применение в мостостроении и армировании железобетонных конструкций.
Введение в микроструктуру стали наночастиц ванадия и молибдена предотвращает  водородное охрупчивание стали и тем  опасность замедленного разрушения  высокопрочных стальных болтов. Сварные соединениях стальных конструкций  и зона, примыкающая к сварному шву, оказываются весьма чувствительны к динамическому воздействию, что может влечь за собой разрушение конструкции, в частности  в сейсмически опасных районах. Присадка наночастиц магния и кальция уменьшает размер зерен стали  околошовной зоне и увеличивает вязкость сварного соединения.

ПОКРЫТИЯ И КРАСКИ

По данным, содержащимся в докладе “Nanotechnology in Coatings and Adhesive Applications: Global Markets” мировой рынок наноструктурированных покрытий оценивается в 3, 4 млрд. долларов в 2010 и достигнет примерно 18 млрд. в 2015 г при ежегодном росте 39б5 %.

Наноструктурированные полимерные композиты сетчатой структуры

Результатом работы явилась технология получения нанокомпозиционных материалов , содержащих взаимопроникающие полимерные сетки (ВПС) на основе полиуретанов, эпоксидных смол и акрилатов, модифицированные в жидкой фазе наночастицами  SiO2, TiO2 или другими окислами металлов. Главным элементом технологии были разветвленные (дендровидные) аминосиланы, которые служат отверждающим агентом для многих олигомеров. Предложенные дендро-аминосилановые отвердители позволяют интродуцировать силоксановые фрагменты в структуру эпокси-аминовой композиции, а дополнительный гидролиз аминосиланового олигомера получить вторичный нанострутктурированный сетчатый полимер, который существенным образом повышает эксплуатационные характеристики компаунда. Такие наномодифицированные полимерные сетки создают уникальную возможность регулирования микро и наноструктурными характеристиками новых композиционных материалов. Разработанные разветвленные дендроаминные отведители являются новым направлением в химической технологии  циклокарбонатов, эпоксидных и акриловых смол.
Полимерные нанокомпозиты нового класса являются экологически чистами материалами, не содержащими вредные или летучие компоненты. Двух-компонентный компаунд объединяет  высокие механические характеристики полиуретана и химическую стойкость эпоксидного связующего.

Эпокси-полибутадиеновые композиционные материалы с наногетерогенной структурой

Исследованы свойства и разработатана технология производства новых композиционных материалов и компаундов наногетерогенной структуры, основанной на эпоксидных смолах, жидком каучуке, аминных отвердителях и фторосодержащих поверхностно-активных  веществах. Покрытия на основе этих материалов обладают хорошей химической стойкостью, высокими механическими характеристиками и термостойкостью.
Наноструктурированные эпокси-каучуковые покрытия бетонных и железобетонных конструкций резко уменьшают  их деформативность при кратковременном и длительном действии нагрузки. Испытания железобетонных балок показали, что деформации ползучести при изгибе снижаются в два-три раза по сравнению с балками без таких покрытий. Защитные эпокси-каучуковые покрытия oбеспечивают увеличение прочности на растяжение при изгибе бетона в два-три раза и, следовательно, его трещиностойкость.

Вододисперсионные краски с биоцидными свойствами ,содержащие нанопорошки серебра
         
Израильская компания Polymate Ltd.,INRC   разработала новое  биоактивное покрытие с применением наночастиц серебра.  Биологическая активность покрытия успешно прошла испытания при контакте с рядом болезнетворных  бактерий и вирусов, фунгицидных контаминантов и другой.микрофлоры. Результаты испытаний подтвердили все преимущества разработанного биологически активного наномодифицированного покрытия.

АДГЕЗИВЫ И ГЕРМЕТИКИ

По данным  , содержащимся в упомянутом  докладе “Nanotechnology in Coatings and Adhesive Applications: Global Markets” мировой рынок наноструктурированных адгезивов оценивается в 257 млн.. долларов в 2010 и достигнет примерно 1,2  млрд. в 2015 г при ежегодном росте 36,4 %.
Израильская компания Polymate Ltd.,INRC   предлагает усовершенствованную линейку эпокси-содержащих  адгезивов и герметиков сочетающих уникальные характеристики эпоксидных смол и полиуретанов. Аминный аддукт, состоящий из  гидроксильной и уретановой групп,  служит в качестве отвердителя эпоксидной композиции. В процессе твердения образуется наноструктурированная сетчатая структура , обеспечивающая повышение адгезионной прочности ко многим видам субстратов на 60%.
Апробирована  экологически чистую и ресурсосберегающую технология промышленного получения наноцеллюлозы в форме водной дисперсии, пасты или сухого порошка.  Наноцеллюлоза может быть использована в качестве аддитива к адгезивных материалам
Американское агентство по пищевым продуктам и лекарственныи препаратам (FDA) сертифицировало разработанную водную полимерную нанокомпозицию  CreenCoatТМ, предназначенную в качестве покрытия бумаги и картона, защищающая субстрат от воздействия воды, жиров и т.п. Отходы материала с таким покрытием могут быть репульпированы и использованы в промышленности производства бумаги; они способны к разложению микроорганизмами.


НАНОКОМПОЗИЦИОННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Полимерные нанокомпозиционные материалы c высокой коррозионной стойкостью и прочностью

Предложен  ряд новых химически стойких полимерных материалов , в состав которых входят наноразмерные неорганические добавки, которые при взаимолдействии с агрессивной средой, образуют высокопрочные гидратные комплексы. Иными словами, собственно агрессивеная среда активирует достижение высоких антикоррозионных показателей этих материалов. Израильская компания Polymate Ltd.,INRC   разработала  широкий спектр таких нанодобавок для модификации большинства известных полимеров, работающих в разных коррозионных средах, в том числе кислотных, щелочных, морской воде, фтора и т.п.
Как правило, при изготовлении композиционных материалов с полимерной матрицей  используют одномерные или двумерные массивы армирующих элементов вроде стальных, кевларовых или углеродных волокон диаметром в несколько десятков микрометров. Швейцарские исследователи предложили новый способ «трехмерного «армирования композитных материалов, основанный на использовании слабых магнитных полей. Поскольку традиционные микроразмерные армирующие компоненты плохо реагируют на такое управляющее воздействие, их покрывают суперпарамагнитными наночастицами оксида железа. Армирующие элементы выстраиваются при включении магнитного поля. Механические параметры готовых композитов оказались весьма высокими.

Наноструктурированное связующее для кислотостойких строительных материалов
                                                                     
Кислотостойкие строительные материалы на основе жидкого стекла находят широкое применение в строительстве в качестве силикатных полимербетонов, замазок, шпатлевок и т.п. Применение растворимых силикатов натрия (жидких стекол) объясняется широким использованием их как связующих компонентов для изготовления жаропрочных, химически стойких материалов. Жидкие стекла обладают высокой когезионной прочностью, легки и безопасны, имеют низкую стоимость, не коррозируют, не испаряют пожароопасных летучих компонентов и не ухудшают окружающую среду в процессе эксплуатации.
Существенное увеличение прочности, термо- и огнестойкости силикатной матрицы достигается путем введения в композицию тетрафурфуриловых сложных эфиров ортокремниевой кислоты (тетрафурфурилоксисиланы - ТФС).  Эффект достигается за счет упрочнения контактов между глобулами силикагеля и модификации щелочного компоненита благодаря «прививки» фуранового радикала . Введение в связующее добавки  ТФС приводит к образованию наночастиц SiO2, которые действуют как центры кристаллизации и зародышеобразования, и фурфурилового спирта, который заполняет кремнекислую матрицу и формирует сетчатый полимер. Добавление ТФС увеличивает механическую и химическую стойкость связующего и широко используется для подготовки кислотоупорных бетонов и шпатлевок.

Нанотехнология и изделия из стекла

Исследования в области  применения нанотехнологии при производстве строительных изделий из стекла развернуты  широким фронтом. Ниже приведем некоторые наиболее интересные результаты.
Так, введение в стеклянную массу наночастиц диоксида титана  придают изделию гидрофильные свойства, способствующие к самоочищению поверхности стекла от пыли, в том числе органического происхождения. Огнестойкое стекло - еще одно применение нанотехнологии; огнестойкость  достигается с помощью слоя вспученного двуокиси кремния, размещенного между стеклянными панелями. Наночастицы этого слоя  при нагревании образуют жесткий и непрозрачный теплозащитный барьер. Следует отметить далее разработку наноструктурированных пленочных покрытий  оконных стекол (термохромная технология), обеспечивающие требуемую теплоизоляцию помещения при сохранении необходимого уровня освещения, а также покрытий, реагирующих на изменение напряжения электро-магнитного поля с помощью наночастиц оксида вольфрама (электрохромная технология); нажатием кнопки оконное стекло делается непрозрачным.

.