Мультифункциональные материалы для целевой модификации промышленно выпускаемых термопластов.

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-73-10036

НазваниеМультифункциональные материалы для целевой модификации промышленно выпускаемых термопластов.

Руководитель Ханнанов Артур Айдарович, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" , Республика Татарстан (Татарстан)

Конкурс №71 - Конкурс 2022 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-602 - Химия новых органических и гибридных функциональных материалов

Ключевые слова Аддитивные технологии, термопласты, наполнители, добавки, смарт материалы

Код ГРНТИ31.25.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В настоящее время аддитивные технологии (АТ) масштабно внедряются в промышленное и полупромышленное производство. В основном это связано с техническими преимуществами, позволяющими создавать изделия сложной геометрии и специализированные продукты, что ранее было невозможно или нерационально с использованием традиционных методов. Помимо этого, АТ обладают большим потенциалом в повышении эффективности производства и обеспечении большей функциональности материалов по сравнению с традиционными методами. Применение АТ сокращает потребность в специальной оснастке при изготовлении деталей, повышает эффективность производства инструментов и сокращение отходов материала. Высокие темпы развития аппаратной базы аддитивных технологий значительно опережают развитие сырьевой базы, это накладывает ограничения применения 3D печати для изготовления компонентов и/или изделий с высокими эксплуатационными характеристиками и уникальными специальными свойствами. По этой причине к ограничениям АТ можно отнести недостаточное развитие используемых полимерных материалов, которые на данный момент ограничены применением ряда полимеров (полиэтилентерефталат-гликоль, полилактид, акрилонитрил бутадиен стирол (АБС), стирол бутадиен сополимер (СБС), и др.), или различные компаунды. Для будущего аддитивных технологий, требуются новые композиционные материалы, с сохранением свойств после многократной переработки. Следовательно, материалы для АТ должны обладать высочайшей устойчивостью к термоокислительной деструкции. В свою очередь материал без специализированных (подходящий под конкретную задачу) свойств не перспективен в Индустрии 4.0 к которой, несомненно, относятся аддитивные технологии. Одним из привлекательных и универсальных по применяемости свойств материала, является магнитная восприимчивость. В АТ важно не только создание сложного геометрического объекта, но и управление внутренней структурой материала и как следствие свойствами конечного изделия. При этом внедрение добавок должно минимально влиять на технологические и эксплуатационные характеристики полимера такие как реологические свойства, термическая стабильность, предотвращения коробления, и усадки. Подводя итог, для промышленного и масштабного применения аддитивных технологий необходим коммерчески доступный филамент, обладающий практически полезным свойством, например магнитной восприимчивостью, при этом данный материал должен быть устойчивым к термоокислительной деструкции. Именно на это направлен данный проект, на придание выпускаемым крупной промышленностью полимерам (АБС, полипропилен, полиэтилен) устойчивости к термоокислительной деструкции, а также магнитных свойств, за счет использования новых добавок обладающими данными свойствами.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Ханнанов А.А., Бурматова А.Е., Игнатьева К.А., Вагизов Ф.Г., Киямов А.Г., Таюрский Д.А., Черосов М.А., Герасимов А.В., Евтюгин В.Г., Кутырева М.П. Effect of the Synthetic Approach on the Formation and Magnetic Properties of Iron-Based Nanophase in Branched Polyester Polyol Matrix International Journal of Molecular Sciences, 23, 23, 14764 (год публикации - 2022)
10.3390/ijms232314764

2. Ильин А.В., Хаяров Х.Р., Анисимова К.С., Исламов Д.Р., Кучаев Е.С. Phosphine-Catalyzed α- and Vicinal Bis-Addition of P(O)H Compounds to Alkynoates ChemistrySelect, Vol. 8, e202204002 (год публикации - 2023)
10.1002/slct.202204002

3. ОСОБЕННОСТИ НОМЕНКЛАТУРЫ И ИМЕННЫЕ РЕАКЦИИ ФОСФОРОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ ОСОБЕННОСТИ НОМЕНКЛАТУРЫ И ИМЕННЫЕ РЕАКЦИИ ФОСФОРОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ Общество с ограниченной ответственностью "Редакционно-издательский центр "Школа", г. Казань, Ильин А. В. Особенности номенклатуры и именные реакции фосфорорганической химии / А. В. Ильин, С. Р. Романов. – Казань : Общество с ограниченной ответственностью "Редакционно-издательский центр "Школа", 2023. – 93 с. (год публикации - 2023)

4. Возможности сверхразветвлённых полиолов для одностадийного синтеза металлосодержащих нанокомпозитов с низкой токсичностью Возможности сверхразветвлённых полиолов для одностадийного синтеза металлосодержащих нанокомпозитов с низкой токсичностью Материалы Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2023», секция «Химия». – М.: Издательство «Перо», 2023. – 121 МБ. [Электронное издание], Материалы Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2023», секция «Химия». – М.: Издательство «Перо», 2023. – 121 МБ. [Электронное издание] (год публикации - 2023)

5. Бурматова А.Е., Ханнанов А.А., Герасимов А., Игнатьева К., Халдеева Е., Горовая А., Киямов А., Евтюгин В., Кутырева М.П. A Hyperbranched Polyol Process for Designing and Manufacturing Nontoxic Cobalt Nanocomposite Polymers, Polymers – 2023. – V. 15. – № 15. – Reg. 3248 (год публикации - 2023)
10.3390/polym15153248

6. Киямов А.Г., Иванова А.Г., Солодов А.Н., Черосов М.А., Таюрский Д.А., Ханнанов А.А. Determination of the Size of Complex Iron Oxide Nanoparticles Using Various Physical Experimental Methods Coatings, Coatings – 2023. – V. 13. – № 9. – Reg. 1589 (год публикации - 2023)
10.3390/coatings13091589

7. Бурматова А.Е., Ханнанов А.А., Зубайдуллина Л.С, Емельянов Д.А, Мостовая О.А., Стойков И.И., Улахович Н.А., Кутырева М.П. Towards controlling the morphology of cobalt loaded nanocomposites in polyol process with polyethylene glycol Chimica Techno Acta, г. Екатеринбург, Burmatova A. et al. Towards controlling the morphology of cobalt loaded nanocomposites in polyol process with polyethylene glycol //Chimica Techno Acta - Vol. - 10. -№ 4. - No.202310413 – 2023. (год публикации - 2023)
10.15826/chimtech.2023.10.4.13

8. Ильин А.В., Анисимова К.С., Богданов А.В., Шулаева М.П., Поздеев О.К., Бабаева О.Б., Волошина А.Д., Серов Н.Ю., Бухаров М.С., Исламов Д.Р. α-Umpolung/Michael Addition/Quaternization Tandem Reaction to provide α-Imido-β-phosphonium Propanoates with Broad Spectrum of Biological Activity Chemistry & Biodiversity, Il'in A. V. et al. α‐Umpolung/Michael Addition/Quaternization Tandem Reaction to provide α‐Imido‐β‐phosphonium Propanoates with Broad Spectrum of Biological Activity //Chemistry & Biodiversity. – 2024. – Т. 21. – №. 3. – С. e202302022. (год публикации - 2024)
10.1002/cbdv.202302022

9. ХАННАНОВ А.А., БУРМАТОВА А.Е., БАЛЬКАЕВ Д.А., ЗИМИН К.С., КУТЫРЕВА М.П. ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ ПОЛИМЕРНОЙ МАТРИЦЫ НА СИНТЕЗ НАНОЧАСТИЦ ПОЛИОЛЬНЫМ МЕТОДОМ OPEN SCIENCE 2023 сборник тезисов X Всероссийского молодежного научного форума с международным участием. Гатчина, 2023, Ханнанов А.А. Влияние структуры полимерной матрицы на синтез наночастиц полиольным методом// X всеросийский молодежный научный форум с междунородным участием Open Science 2023, 15–17 ноября 2023 года, г. Гатчина. - с. 191 (год публикации - 2023)

10. БУРМАТОВА А.Е., ХАННАНОВ А.А., ГОРОВАЯ А.С., КУТЫРЕВА М.П. ПОЛИОЛЬНЫЙ СИНТЕЗ КОЛЛОИДНЫХ КОБАЛЬТОСОДЕРЖАЩИХ НАНОКОМПОЗИТОВ В СРЕДЕ СВЕРХРАЗВЕТВЛЁННЫХ ПОЛИМЕРОВ OPEN SCIENCE 2023 сборник тезисов X Всероссийского молодежного научного форума с международным участием. Гатчина, 2023 (2023 г.), Бурматова А.Е. ПОЛИОЛЬНЫЙ СИНТЕЗ КОЛЛОИДНЫХ КОБАЛЬТОСОДЕРЖАЩИХ НАНОКОМПОЗИТОВ В СРЕДЕ СВЕРХРАЗВЕТВЛЁННЫХ ПОЛИМЕРОВ // X всеросийский молодежный научный форум с междунородным участием Open Science 2023, 15–17 ноября 2023 года, г. Гатчина. - с. 164 (год публикации - 2023)

11. Романов С.Р., Нафикова А.В., Шулаева М.П., Поздеев О.К., Ившин К.А., Катаева О.Н., Герасимов А.В., Галкина И.В., Ю.В. Бахтиярова Tris(3-fluorophenyl)phosphine in reactions with acrylic acid and its derivatives: crystal structure and biological activity of the reaction products Russian Chemical Bulletin, Romanov, S.R., Nafikova, A.V., Shulaeva, M.P. et al. Tris(3-fluorophenyl)phosphine in reactions with acrylic acid and its derivatives: crystal structure and biological activity of the reaction products. Russ Chem Bull 73, 616–623 (2024) (год публикации - 2024)
10.1007/s11172-024-4171-4

12. Контроль диэлектрических, механических и тепловых свойств полимерного композита на основе ABS с использованием наночастиц CoB Control of Dielectric, Mechanical, and Thermal Properties of a Polymer Composite Based on ABS Using CoB Nanoparticles Polymers, Khannanov, A. Control of Dielectric, Mechanical, and Thermal Properties of a Polymer Composite Based on ABS Using CoB Nanoparticles / A. Khannanov, A. Burmatova, D. Balkaev, A. Rossova, K. Zimin, A. Kiiamov, M. Cherosov, I. Lounev, M. Kutyreva // Polymers – 2024. – V. 17. – № 1. – Reg. 38. (год публикации - 2024)
10.3390/polym17010038

13. КОМПОЗИТ НА ОСНОВЕ СВЕРХРАЗВЕТВЛЕННОГО ПОЛИМЕРА И НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА ДЛЯ СОЗДАНИЯ SERS АКТИВНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ КОМПОЗИТ НА ОСНОВЕ СВЕРХРАЗВЕТВЛЕННОГО ПОЛИМЕРА И НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА ДЛЯ СОЗДАНИЯ SERS АКТИВНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ Тезисы докладов Всероссийской конференции "Полимеры и композиты на их основе: прикладные и экологические решения", Прытков В.А. КОМПОЗИТ НА ОСНОВЕ СВЕРХРАЗВЕТВЛЕННОГО ПОЛИМЕРА И НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА ДЛЯ СОЗДАНИЯ SERS АКТИВНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ [текст]/ В.А. Прытков, М.П. Кутырева, И.В. Кузнецов. Т.Л. Хамидуллин, А.М. Димиев, Н.А. Улахович // Всероссийская конференция «Полимеры и композиты на их основе: прикладные и экологические решения» (Казань, 2025): тезисы докладов. – Казань: ИОФХ им. А.Е. Арбузова – обособленное структурное подразделение ФИЦ КазНЦ РАН, 2025. - с. 271 (год публикации - 2025)
-

14. Упрвление Диэлектрическими, механическими и термическими свойствами полимерного композита на основе АБС с использованием наночастиц CoB Упрвление Диэлектрическими, механическими и термическими свойствами полимерного композита на основе АБС с использованием наночастиц CoB Тезисы докладов Всероссийской конференции "Полимеры и композиты на их основе: прикладные и экологические решения", Ханнанов А.А. Контроль диэлектрических, механических и термических свойств полимерного композита на основе ABS с использованием наночастиц CoB [текст]/ А.А. Ханнанов, А. Бурматова, Д. Балькаев, А. Россова, К. Зимин, А. Кямов, М. Черосов, И. Лунев, М. Кутырева // Всероссийская конференция «Полимеры и композиты на их основе: приклад- ные и экологические решения» (Казань, 2025): тезисы докладов. – Казань: ИОФХ им. А.Е. Арбузова – обособленное структурное подразделение ФИЦ КазНЦ РАН, 2025. - с. 66 (год публикации - 2025)

15. FDM-печать элементов беспилотных летательных аппаратов на неразборной подложке FDM Printing of Unmanned Aerial Vehicles Elements on a Non-Separable Substrate Russian Aeronautics (год публикации - 2024)
10.3103/S1068799824040172

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Разработан эффективный метод синтеза биметаллических наночастиц Fe₃O₄/Co с ядром-оболочкой на основе модификации поверхности магнетита (Fe₃O₄) сверхразветвлёнными полиэфирполиолами (G4-OH). Установлено, что использование гиперразветвлённого полиэфирполиола 4-й генерации (SE8) обеспечивает иммобилизацию ионов Co²⁺ с последующим их восстановлением до металлического кобальта, формирующего наноструктуры с ядром из Fe₃O₄ и оболочкой, содержащей наночастицы Co⁰ и оксиды кобальта. Разработан магнитно-активный композит на основе полипропилена, наполненного 60 мас.% железа (PP-Fe), полученный методом экструзии. Композит характеризуется равномерным распределением частиц железа и сохраняет насыщенную намагниченность исходного порошка без признаков деградации. Исследованы теплофизические, магнитные, реологические и механические свойства материала, а также его пригодность для 3D-печати методом FDM. Установлено, что PP-Fe обладает низкой теплоёмкостью (~0,7 Дж/г·К), сниженной вязкостью расплава и высокой технологичностью. Показана возможность целенаправленного индукционного нагрева композита при частоте 180 кГц до температур плавления с реализацией процессов сварки и постобработки 3D-изделий. Полученные тороидальные сердечники на основе PP-Fe продемонстрировали эффективную магнитную проницаемость (2–4). Полученные сердечники продемонстрировали стабильную работу и обладают потенциалом для применения в трансформаторах, дросселях и датчиках, особенно в случаях, где важны формуемость, пониженные вихревые потери. Разработаны магнитоактивные композиты на основе полипропилена (PP) с наполнителями SmCo₅ и Nd₂Fe₁₄B, пригодные для 3D-печати методом FDM и управляемого намагничивания. После термомагнитной обработки композит PP–SmCo демонстрирует шестикратное увеличение остаточной индукции (до ~24 мТ) и ориентацию частиц в магнитном поле, что делает его перспективным для создания магнитно-управляемых мягких роботов.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Создание новой и усовершенствование существующей продукции: Магнитоактивные композиты (PP-Fe, ABS-Co) могут быть использованы в производстве: Электротехнических компонентов: трансформаторы, индукторы, датчики с улучшенными магнитными свойствами и сниженными потерями. Это повысит энергоэффективность устройств и сократит затраты на эксплуатацию. 3D-печатных изделий: филаменты с магнитными свойствами для аддитивного производства деталей робототехники, медицинских имплантов и функциональных прототипов. Это ускорит разработку инновационных продуктов. Огнестойкие полимеры (ABS с фосфорорганическими добавками) найдут применение: В строительстве: огнеупорные панели, кабельные изоляторы, что повысит безопасность зданий и инфраструктуры. В транспорте: материалы для авиации и автомобилей, снижающие риски возгорания. Инновационные технологии: Разработанные методы синтеза наночастиц (полиольный процесс, сонохимия) и композитов станут основой для создания новых материалов с уникальными свойствами (например, саморегулирующиеся магнитотепловые системы). Технология индукционного нагрева для постобработки 3D-изделий может быть адаптирована для других термопластов, расширив область применения Вклад в стратегические цели РФ Цифровизация и инновации: Развитие аддитивных технологий и умных материалов для Industry 4.0. Экология: Использование долговечных и энергоэффективных материалов сократит ресурсопотребление и выбросы CO₂.