Регистрация / Вход
Прислать материал

Создание биологически инертных эластомерных материалов с узким температурным интервалом перехода из пластичного в резиноподобное состояние, предназначенных для сенсорного и креативного развития детей дошкольного и младшего школьного возраста.

Докладчик: Румянцева Анастасия Витальевна

Должность: Научн. сотр.

Цель проекта:
Целью проекта является разработка научно-технических решений в области создания пластичных (с низкой температурой размягчения) материалов, способных к структурированию, и эластичных материалов, вулканизующихся при комнатной температуре, позволяющих вывести на рынок новые биологически инертные материалы, предназначенные для сенсорного и креативного развития детей дошкольного и младшего школьного возраста. Полученный комплекс научно-технических решений и разработанные материалы позволят перейти к созданию новых видов научно-технической продукции: безусадочных форм, слепков, изоляционных ремонтных материалов и т.п.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Будут созданы биологически инертные эластомерные композиционные материалы для сенсорного и креативного развития детей дошкольного и младшего школьного возраста.
В ходе выполнения работы будут созданы два биологически инертных композиционных материала:
Композиция №1.
Пластичный материал на основе смесевого термопластичного эластомера для получения любых изделий детского творчества, который при комнатной температуре обладает свойствами резиноподобного материала, при повышении температуры переходит в пластическое состояние, и может быть использован многократно для получения других изделий (игрушек, поделок).

Характеристики композиции № 1:
Прочность на разрыв, кг/см2 , не менее – 15.
Относительное удлинение, %, не менее – 100.
Температура размягчения, 0С – 25-35.
Возможность окрашивания в процессе получения композиции и полученного изделия - наличие.
Запах - отсутствие.

Композиция №2.
Двухкомпонентный набор, состоящий из двух пластилинообразных силоксанов раз-личной природы, для моделирования, копирования и изготовления различных поделок, слепочных форм и изделий (игрушек), способный через определенный отрезок времени при комнатной температуре переходить в необратимое резиноподобное состояние. Отвержденное изделие можно раскрашивать.

Характеристики композиции № 2:
Время жизни композиции (время, в течение которого композиция обладает пластическими свойствами), мин. – 25 - 60;
Консистенция, мм, не более - 26;
Технологичность – композиция не должна прилипать к рукам;
Смешение компонентов композиции – в соотношении 1:1.

Из мировой статистики известно, что «игрушечный» сегмент на рынке детских товаров, емкость которого оценивается в размере 12,5 млрд. долларов, составляет менее 10 %; при этом доля игрушек, способствующих творческому воспитанию детей, еще меньше и составляет всего несколько процентов.
Этот сегмент рынка материалов, развивающих сенсорное, интеллектуальное развитие ребенка, заполнен различными конструкторами и пластилином, позволяющими реализовать творческую индивидуальность ребенка. Недостаток пластилина заключается в невозможности сохранения формы вылепленного изделия из-за достаточно протяженного во времени и по температуре перехода от пластичности к «твердому» состоянию. Кроме того, большинство таких материалов производится в КНР, и зачастую контакт с ними опасен для ребенка из-за высокой остаточной доли летучих мономеров.
Настоящий проект направлен на то, чтобы разработать комплекс научно-технических решений в области создания композиционных материалов на основе смесевых термоэластопластов и силоксанов, отверждаемых при комнатной температуре, для самостоятельного изготовления детьми различных предметов творчества.
В проекте впервые будет осуществлено комплексное исследование методов получения и переработки термопластичных композиционных материалов и изучены их физико-механические свойства; будут получены низковязкие «привитые» сополимеры и композиционные материалы на их основе, изучены их свойства в зависимости от наполнителя и каталитической системы.

Пути и способы достижения заявленных результатов, ограничения и риски.
В ходе выполнения работ планируется получение демонстрационных образцов композиций для сенсорного и креативного развития детей дошкольного и младшего школьного возраста и передача их потребителю на испытания. В дальнейшем предполагается разработка ТЗ на ОКР с выдачей технической документации и организация производства на ОАО «ЧПО им. В.И. Чапаева». Потребителем полученных результатов, заказчиком работы и гарантом последующей коммерциализации выступает ОАО «ЧПО им. В.И. Чапаева».
Ограничения и риски. Технический и производственные риски минимальны в связи с наличием опыта работ по производству игрушек и производственных площадей у индустриального партнера, а также отработанности технологических процессов получения каучуков во ФГУП «НИИСК». Экологический риск отсутствует, поскольку создаваемые материалы пожаро- и взрывобезопасны, нелетучи, относятся к 4-му классу опасности и не оказывают вредного воздействия как при непосредственном контакте с ними, так и на окружающую среду.
Экономический риск заключается в росте затрат на производство, так как достаточно велика доля естественных монополий (электроэнергия, газ, вода) в себестоимости продукции. Существует незначительный экономический риск. Поскольку привлечение кредитных средств для реализации проекта не планируется, финансовый риск минимален. Инновационный риск - вероятность потерь, возникающих при вложении средств в производство новых товаров, которые, возможно, не найдут ожидаемого спроса на рынке. Вероятность потерь вследствие инновационного риска возможна, так как в России собственное производство этих каучуков отсутствует, а рынок аналогичных полимерных каучуков и композиций на их основе зарубежного производства уже сформирован. Проникновение на существующий рынок с качественно новым товаром будет сопряжено с некоторой долей риска, но качество вновь разрабатываемой продукции должно значительно превысить качество существующих материалов.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1.Область применения планируемых результатов: материалы для индивидуального и группового детского творчества, которые могут быть использованы в детских садах, младших школах, группах индивидуального творчества.
Разработанные композиции также могут быть использованы в создании изоляционных материалов, в художественно-реставрационных и ювелирных работах для снятия слепков и отливки форм, в археологии.

2. Потребителем полученных результатов, заказчиком работы и гарантом последующей коммерциализации выступает ОАО «ЧПО им. В.И. Чапаева». В ходе выполнения работ планируется разработка ТЗ на ОКР с выдачей технической документации и организация производства композиции на основе термоэластопластов на ОАО «ЧПО им. В.И. Чапаева». Будут выпущены демонстрационные образцы и переданы другим потенциальным потребителям.

3. В результате проведенной работы будет расширен ассортимент экологически чистых биоинертных композиционных материалов. Будет осуществлено комплексное исследование методов получения и переработки термопластичных композиционных материалов и изучены их физико-механические свойства; будут получены низковязкие «привитые» сополимеры и композиционные материалы на их основе, изучены их свойства в зависимости от наполнителя и каталитической системы.

Текущие результаты проекта:
Проведены патентные исследования по теме: «Биологически инертные двухкомпонентные силоксановые композиции холодного отверждения» с целью определения патентной ситуации в области создания экологически безопасных двухкомпонентных силоксановых композиций холодного отверждения. В результате патентного поиска было просмотрено более 1000 рефератов охранных документов, из них после предварительного анализа для статической обработки отобрано 75 технических решений, созданных в период с 1990 года по настоящее время.
Проводятся патентные исследования по теме: «Разработка смесевых термопластичных эластомеров с низкой температурой перехода в пластическое состояние». В результате патентного поиска было просмотрено более 1000 рефератов охранных документов.
проводится разработка технологической модели для прогнозирования пласто-эластических свойств термоэластопластов. Для практического использования модели прогнозирования поведения эластомеров необходимо знать реологические характеристики материала, измеренные при соответствующих физических условиях, и здесь появляется возможность прогнозирования технологического поведения смесей уже по показателям пластоэластических свойств: восстанавливаемость будет тем больше, чем больше вязкость резиновой смеси, или меньше ее модуль эластичности, или больше время релаксации.
По результатам исследований пластоэластических и реологических свойств различных каучуков найдено, что пластичность слабо коррелирует с ньютоновской и эффективной вязкостью; однако эластическое восстановление хорошо коррелирует с максимальным временем релаксации.
На основе этих каучуков были предложены модели композиционных материалов, состоящих из несовместимых фаз полимеров, имеющих раздельные температурные области перехода эластического состояния в пластическое.
Проводится исследование реакционной способности гидридсилоксанов различной природы с различным содержанием активного водорода для разработки гидридсилоксановой составляющей Композиции №2, определена зависимость времени отверждения композиции на основе винилсодержащего полидиметилсилоксана от природы гидридсодержащего силоксана. В реакции гидросилилирования исследованы различные гидридсодержащие силоксановые жидкости: полиэтилгидридсилоксан (содержание активного водорода – 1,4 мас. %), метилгидридсилоксан (содержание активного водорода – 1,5 мас. %), полидиметилэтилгидридсилоксан (содержание активного водорода – 0,65 мас. %). Разработана модельная композиция, состоящая из низковязкого полидиметилсилоксана с концевыми тривинилсилокси-звеньями, платинового катализатора и варьируемых гидридсилоксанов с различным содержанием активного водорода.