Регистрация / Вход
Прислать материал

14.578.21.0190

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.578.21.0190
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (государственный университет)"
Название доклада
Создание высокотехнологичных гибридных нано-структурированных модификаторов для укрепления грунтов
Докладчик
Иванов Дмитрий
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Дороговизна зарубежных и отсутствие отечественных недорогих аналогов модификаторов грунтов, применяемых в строительстве дорожных покрытий и зданий, приводит к углублению инфраструктурных проблем Российской Федерации. Цель нашего проекта - создать новый высокоэффективный наноструктурированный материал из гибридных наночастиц, который может стать альтернативой современным модификаторов для грунта.
Задачи:
1. Провести аналитический обзор имеющихся грунтовых модификаторов, выделить их основные недостатки и достоинства;
2. Отработать методику миниэмульсионного синтеза монодисперсных наноразмерных частиц типа ядро-оболочка или взаимопроникающая сеточная структура, включающих в себя неорганическую фазу оксида кремния и различные синтетические органические полимеры (например, поли(мет)акрилат);
3. Разработать методику и провести лабораторные исследования физико-химических свойств экспериментальных образцов монодисперсных наноструктурированных гибридных частиц;
4. Провести сравнительный анализ структуры и свойств монодисперсных наноструктурированных гибридных частиц различного состава;
5. Провести испытания механических свойств образцов почв, обработанных полученным полимерным модификатором.
Актуальность и новизна исследования
Особую остроту этой проблеме придают климатические особенности нашей страны, которые существенно ускоряют процессы разрушения дорожных покрытий. Очевидно, что сильное влияние на состояние и качество любого дорожного покрытия будут оказывать климатические условия, в которых происходят температурные колебания и многочисленные переходы температуры через 0°С. В условиях высокой влажности это будет приводить к деформированию дорожного полотна, которое проявляется в виде оседания и так называемого «вспучивайся» дорожного покрытия. Описанные погодные условия характерны для большинства климатических зон нашей страны и особенно часты во время длительных периодов установления и окончания холодного сезона. При этом, в некоторых регионах нашей страны в последнее десятилетие отмечается даже тенденция к увеличению длительности этих периодов.
В настоящей работе предлагается заменить существующие коммерческие двухкомпонентные модификаторы для укрепления грунтов совершенно новым гибридным наноструктурированным материалом, сочетающим в своей структуре необходимые органические и неорганические ингредиенты, т.е. коллоидные полимер/SiO2-нанокомпозиты.
Описание исследования

Основу предлагаемого гибридного наноструктурированного материала составят наноразмерные частицы с оксидом кремния в их структуре, которые будут синтезированы, используя сверхразветвленный полиэтоксилоксан (ПЭОС), выступающий в данном случае не только как прекурсор оксида кремния, но и как эмульгатор, благодаря его амфифильности, индуцированной гидролизом на границе раздела фаз. В предлагаемом одноэтапном синтезе в присутствии органических мономеров превращение ПЭОС в оксид кремния будет сопровождаться также полимеризацией органического мономера с образованием наногирибридных частиц. При этом условия синтеза позволят точно контролировать как внутреннюю структуру частиц (тип ядро-оболочка или взаимопроникающая сеточная структура), так и их характерный размер, который во всех случаях будет характеризоваться узким распределением.

Рисунок 1. Амфифильный характер ПЭОСа, индуцированный гидролизом. 

Более того, в результате реакции можно получить полимер/SiO2 - наноструктуированные гибридные частицы с разными внутренними структурами, которые  определяются совместимостью полимера с ПЭОС/SiO2 и условиями реакции. Структура типа ядро-оболочка и взаимопроникающая сеточная структура являются двумя экстремальными случаями.В настоящей работе стирол и различные (мет)акрилаты (Рисунок 2) будут использованы в  качестве гидрофобных мономеров. Стирол будет сополимеризоваться с (мет)акрилатами и их сополимерами. Состав мономерной  смеси будет систематически варьироваться, и будет исследовано влияние соотношения разных мономеров на химическую структуру сополимеров и внутреннююморфологию полученных частиц.  Более того, сложноэфирные группы в  (мет)акрилатах (особенно замещенных третичной бутильной группой) могут гидролизоваться в  присутствие воды (например в водной дисперсии или в почве), таким образом возникают гидрофильные кислотные группы, которые способны удержать водные молекулы. Для выбора мономеров также будут учитываться экономические факторы, т.е. себестоимость.

Рисунок 2. Химическая структура стирола, акрилатов и метакрилатов, которые будут использованы в данном проекте. R – разные органические группы. 
 

После отработки методики синтеза, которая должна позволить тонко настраивать морфологию системы, включая размер частиц, внутренней структуры частиц и состав полемизирующего органического мономера работа будет сосредоточена на исследовании взаимодействия разработанного гибридного материала с образцами почв. В частности, будет проведена работа по определению предела прочности почв на сжатие до и после обработки различными количествами водных дисперсий разработанного гибридного материала. Кроме того, влияние модификатора будет изучено по изменению влагопроницаемости почвы. Ожидается, что данная работа приведет к созданию принципиально новой технологии укрепления грунтов, которая будет основываться на высокотехнологичной безотходном синтезе наноструктурированного гибридного материала с тонко настраиваемой микроструктурой.

Результаты исследования

На данный момент проведен аналитический обзор современной научно-технической, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках работы. К основным недостаткам современных модификаторов почв можно отнести: 1) дороговизна 2) индивидуальность модификатора для конкретного типа почвы 3)экологические проблемы, связанные с использование ПАВ. 

Предполагается, что в результате использования нового наноразмерного полимерного модификатора на основе SiO2 получится:

1) снизить стоимость модификаторов почв

2) снизить степень вспучивания образцов почв по сравнению с почвами, обработанными известными модификаторами 

3) увеличить прочностные характеристики образцов почв,обработанных модификатором 

Практическая значимость исследования
В данном проекте предлагается провести синтез данного нового материала одноэтапным, безотходным и экологически чистым методом. В частности, стабильные дисперсии наночастиц нового материала не потребуют использования ПАВ, что существенно снизит экологические риски при его использовании для укрепления грунтов. Предполагается, что созданный материал может стать альтернативой для известных иностранных модификаторов грунтов.
Постер

poster_190-2.pptx