Регистрация / Вход
Прислать материал

Многомасштабное моделирование и экспериментальное исследование армированных наноцеллюлозой биополимерных нанокомпозитов с улучшенными эксплуатационными свойствами

Номер контракта: 14.613.21.0024

Руководитель: Кенни Хосе Мария

Должность руководителя: заведующий лабораторией

Докладчик: Фалькович Станислав Григорьевич, научный сотрудник лаб. 22 ИВС РАН

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
биополимеры, бионанокомпозиты, нанотехнология, наноцеллюлоза, экологичная упаковка, многомасштабное моделирование, молекулярная динамика, квантово-химический расчет парциальных зарядов, самосогласованное поле

Цель проекта:
Целью проекта является получение значимых научных результатов о молекулярных механизмах, обуславливающих свойства бионанокомпозитов на основе коммерческих биоразлагаемых полимеров и наноцеллюлозы, и разработка научных и технологических основ производства таких бионанокомпозитов с улучшенными механическими, теплофизическими и антимикробными свойствами. Достижение данной цели позволит снизить техногенную нагрузку на окружающую среду за счёт использования экологически безопасной технологии производства и биосовместимости разрабатываемых материалов.

Основные планируемые результаты проекта:
1. В ходе реализации проекта методами компьютерного моделирования будут получены сведения о структурных, теплофизических и механических свойствах нанокомпозитов на основе полимолочной кислоты, армированных модифицированной наноцеллюлозой, а также оптимизирована экспериментальная методика их получения, контроля свойств и биоразложения.
2. Полученные результаты будут обладать элементами научной новизны и будут полезны для дальнейших исследований механизмов создания и функционирования биоразлагаемых нанокомозитных материалов и для оптимизации их промышленного производства.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. В результате проекта будет получен ряд научных результатов, важных для дальнейших исследований механизмов создания и функционирования биоразлагаемых нанокомозитных материалов и для оптимизации их промышленного производства. По результатам работ будут опубликованы 3 статьи в рецензируемых научных журналах
2. Все полученные в ходе проведенных работ результаты обладают элементами научной новизны.
3. Результаты получены с использованием современных методов и находятся на уровне ведущих мировых исследований в данной области, при этом не имеют прямых аналогов.
4. Все заявленные результаты будут достигнуты своевременно.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Полученные результаты могут быть применены в индустрии бионанокомпозиционных материалов.
2. Полученные результаты могут быть использованы при создании биоразлагаемых упаковочных материалов и в биомедицинских приложениях, таких как раневые покрытия.
3. Полученные результаты могут изменить баланс между используемыми в промышленности биологическими ресурсами наноцеллюлозы.
4. В ходе работ по Соглашению были налажены связи между представителями науки и промышленности России, Аргентины и Италии, что может положительно сказаться на перспективах дальнейшего сотрудничества в области изучения и наукоёмкого производства бионанокомпозитов.

Текущие результаты проекта:
В ходе проекта разработана методика моделирования нанокомпозитных материалов на основе полимолочной кислоты и кристаллической целлюлозы, поверхность которой модифицирована привитыми олигомерами молочной кислоты. Изучено изменение структуры приповерхностного слоя нанокомпозита, показано, что для полного «покрытия» поверхности наноцеллюлозы олигомерами молочной кислоты достаточно прививать эти олигомеры к 50% сайтов модификации. Методом самосогласованного поля показано, что прививка цепей улучшает совместимость гребнеобразного сополимера и полимерного расплава. Определён перечень растений, перспективных как сырьё для получения наноцеллюлозы. Проведена оптимизация методов выделения наноцеллюлозы, в т.ч. предварительная обработка сырья, кислотный и ферментативный гидролиз. Для выбранных источников сырья разработаны тесты для оценки морфологии, термической стабильности, чистоты и кристалличности наноцеллюлозы. Показана перспективность использования ряда сельскохозяйственных отходов для производства бактериальной наноцеллюлозы. Оптимизирована методология модификации наноцеллюлозы полимерными цепями и контроля размеров наночастиц и их кластеров. Определена оптимальная с точки зрения свойств нанокомпозита концентрация наночастиц целлюлозы с привитыми цепями полимолочной кислоты. Проведена оптимизация расплавной технологии изготовления нанокомпозитов для промышленного применения. Проведено изучение скорости разложения полученных нанокомпозитов микроорганизмами.
Полученные результаты соответствуют мировому уровню исследований в данных областях. По материалам выполненных работ защищена кандидатская диссертация, приняты в печать 2 статьи и 1 статья послана в печать (из 3, предусмотренных соглашением), результаты представлены на 5 конференциях (Соглашением предусмотрены 3).