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.

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
гидросилилирование, привитые стирол-силоксановые полимеры, поливинилацетат, смесевые термоэластопласты, платиновый катализатор, креативное и сенсорное развитие.

Цель проекта:
1) Создание пластичных (с низкой температурой размягчения) материалов, способных к структурированию, и эластичных материалов, вулканизующихся при комнатной температуре. 2) 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.

Основные планируемые результаты проекта:
К настоящему моменту по работе с композицией на основе СТЭП разработана технологическая модель для прогнозирования пласто-эластических свойств термоэластопластов с целью выявления оптимальной пары пластик – каучук из числа наиболее доступных полимеров (выпускаемых отечественной промышленностью) для создания СТЭП, являющегося основой композиции №1. С помощью созданной модели получены образцы композиции №1 на основе поливинилацетата и 3,4 – полиизопрена, синтезированного на магний-калиевом катализаторе, мол. массы 332000, индексом полидисперсности 2,2 и температурой стеклования от 12 до 200 С.
Полученные образцы обладают хорошей однородностью; прочностью на разрыв - 15 кг/см2, отн. удлинением ~100%. Найдены оптимальные параметры смешения: температура – плюс 30÷50оС; скорость роторов - 30-75 об./мин; время - не более 10 мин.
По работе с силоксановой композицией №2 определен ее оптимальный состав: силоксановые каучуки высокомолекулярный ММ=600-720 тыс. и низкомолекулярный привитой; наполнитель или смесь наполнителей; катализатор (1 компонент) и олигогидридсилоксан (2 компонент).
Для силоксановых композиций получены привитые сополимеры (динам. вязкость от 12,0 до 66,0 Па*с) стирола и низковязких силоксановых каучуков, показано, что вулканизаты этих сополимеров имеют прочность 1,3 - 1,9 МПа и относительное удлинение 160 – 190 %. Найдено, что лучшими физ.-мех. св-вами обладают сополимеры с массовой долей стирола 20-30 % и вязкостью 12-15 Па*с.
Получен набор различных олигогидридсилоксанов, отличающихся природой радикала у атома кремния, длиной цепи и содержанием активного водорода;проведено исследование реакционной способности полученных гидридсилоксанов. Определено, что оптимальной гидридсилоксановой составляющей является олигогидридсилоксан с этильным радикалом у атома кремния.
Для наработки композиции №2 изготовлены партии высокомолекулярного силоксанового каучука (марка СКТВ, группа 2) согласно ТУ 38.103675-89.
В результате выполнения данного проекта планируется 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..

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
В результате работы должны быть созданы композиции для детского творчества:
композиция №1 должна представлять собой пластичный материал на основе смесевого термопластичного эластомера, который при комнатной температуре должен обладать свойствами резиноподобного материала, при повышении температуры должен переходить в пластическое состояние, и должен обладать способностью многократного использования для получения других изделий (игрушек, поделок), и обладать следующими характеристиками:
- состав: термоэластопласт, пластификатор, наполнители;
- температура размягчения – 25-35 0С;
- постепенный переход из пластичного в резиноподобное состояние после прекращения работы с материалом при плавном изменении температуры изделия с 35 до 20 0С;
- прочность на разрыв, не менее – 15 кг/см2 (1,5 МПа);
- относительное удлинение, не менее – 100 %.
Композиция №2 должна представлять собой: двухкомпонентный набор, состоящий из двух пластилинообразных силоксанов различной природы, способных после смешения в соотношении компонентов 1:1 переходить в необратимое резиноподобное состояние через определенный отрезок времени при комнатной температуре, и обладать следующими характеристиками:
- состав: силоксановые полимеры, наполнители, красители;
- время жизни композиции (время, в течение которого композиция после смешивания компонентов обладает пластическими свойствами) – 25 - 60 мин.;
- размер частиц силикатного наполнителя, не более – 100 нм;
- технологичность – композиция не должна прилипать к рукам;
- температурный интервал, при котором композиция переходит из пластичного состояния в резиноподобное, – 18 - 25 0С;
Создаваемые композиции должны обладать возможностью окрашивания получаемого из них изделия после отверждения; отсутствием запаха; отвечать гигиеническим требованиям и показателям нетоксичности, предъявляемым к материалам детского творчества; быть биологически инертными.
Анализ мирового уровня показал, что создаваемые композиции по своим свойствам не уступают уже известным материалам по многим показателям (технологичность, отсутствие запаха, нетоксичность), а в некоторых случаях и превосходит их, особенно в случаях, когда известным композициям для отверждения требуется термообработка.
Актуальность предлагаемого проекта определяется его отношением к основным направлениям модернизации и технологического потенциала развития экономики России, к которым относятся такие критические технологии РФ как нано-, био-, информационные, когнитивные технологии.
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.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Назначение: материалы для сенсорного и креативного развития детей дошкольного и младшего школьного возраста.
Область применения: 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.
В результате проведенной работы будет расширен ассортимент экологически чистых биоинертных композиционных материалов.
Потребителем полученных результатов, заказчиком работы и гарантом последующей коммерциализации выступает ОАО «ЧПО им. В.И. Чапаева».
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».
Демонстрационные образцы также будут переданы и другим потенциальным потребителям - производителям детских игрушек.

Текущие результаты проекта:
В результате проделанной работы завершен Этап №2 «Экспериментальные исследования по получению композиционных материалов для детского моделирования».
Проведены экспериментальные исследования по получению композиции № 1: выбраны условия получения и переработки полимерных композиций на основе смесевых термопластичных эластомеров, исследованы и оценены свойства полученных материалов.
Проведены экспериментальные исследования по разработке композиции № 2: получены низковязкие «привитые» сополимеры и изучены их свойства, произведен выбор наполнителя и определены его оптимального количества для обеспечения требуемых свойств композиции, разработаны, испытаны и выбраны те каталитические системы отверждения, которые позволяют проводить процесс вулканизации при комнатной температуре и обеспечивают требуемое время жизни композиции;
Сделана обработка и интерпретация полученных экспериментальных результатов; сопоставлены результаты теоретических и экспериментальных исследований, определены наиболее перспективные композиции, способы и подходы к их получению.
Разработана методика получения композиции №1.
Разработана методика получения композиции №2.
Разработаны Программы и методики исследовательских испытаний композиций №1 и №2.
Изготовлена на Опытном заводе ФГУП «НИИСК» партия высокомолекулярного силоксанового каучука – составляющей части композиции №2.
На текущем третьем этапе "Изготовление, исследования и испытания экспериментальных образцов композиций №1 и №2" изготавливаются экспериментальные образцы композиций №1 и №2 и проводятся их лабораторные испытания, а также санитарно-гигиенические и токсикологические исследования полученных композиций в ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в городе Санкт-Петербург».