Рекламаwww.kommersant.ru/ad

Из силоксанов можно сделать экологически чистые материалы для детского творчества

Прикладная химия

31.08.2015, 00:00

текст Юлия Хорошавина, кандидат химических наук, старший научный сотрудник ФГУП "НИИСК"
иллюстрация

Игрушки — одно из важнейших средств социализации детей. Они способствуют умственному и физическому развитию ребенка, помогают познавать окружающий мир, приучают к труду, формируют характер.
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 — всего несколько процентов. Весь объем российского субрынка игрушек (в розничных ценах) составляет менее 1% мирового объема продаж. При этом доля их внутреннего производства — не более 10-20%, а доля игрушек, способствующих творческому воспитанию детей, на порядок меньше. Сегмент рынка материалов для сенсорного, интеллектуального развития ребенка заполнен различными конструкторами и пластилином. Пластилин плох тем, что переход от пластичности к "твердому" состоянию занимает много времени и сильно зависит от температуры окружающей среды. Кроме того, в основном он производится в КНР и зачастую контакт с ним опасен для ребенка из-за высокой остаточной доли летучих мономеров.
Развитие полимерной химии сделало возможным получение "полимерных" пластилинов на основе термоэластопластов, которые при температуре 36°С обладают пластичностью, а при комнатной температуре (~20°C) подобны резиновой игрушке: их можно растягивать и изгибать, но при этом они сохраняют форму. При повышении температуры до 36°С они снова переходят в пластичное состояние. Для творчества детей постарше можно использовать отверждаемые при комнатной температуре силоксановые композиции — как массу для лепки с последующей раскраской полученной поделки, изготовления эластичных безусадочных форм и заливки в них гипса, теста, желе, мороженного и т.п. В ФГУП "НИИСК" работают над созданием двух композиционных материалов с использованием российского сырья: термопластичного (композиция N1) и силоксанового (композиция N2). Для этого проводят комплексное исследование методов получения и переработки термопластичных композиционных материалов и изучают их физико-механические свойства, а также получают и изучают низковязкие "привитые" сополимеры и композиционные материалы на их основе.
Композиция N1 представляет собой пластичный материал на основе смесевого термопластичного эластомера (СТЭМ) рис. 02, который при комнатной температуре обладает свойствами резиноподобного материала, а при повышении температуры переходит в пластичное состояние и может быть использован многократно.

рис. 02 Схематическая модель СТЭП

рис. 01 Детские опыты

Отправной точкой для создания композиции N1 является феноменологическое представление о смесевом термоэластопласте как совокупности жестких блоков (пластик), мягких блоков (эластомер) и связей между ними

Свойства термоэластопластов обусловлены особенностями их структуры: двухфазная система задается термодинамической несовместимостью гомополимеров, образующих жесткие блоки термопласта и эластичные блоки в макромолекуле. Получают термоэластопласты методами, используемыми для синтеза полимеров: полимеризацией, поликонденсацией, механохимической обработкой смесей полимеров или сочетанием различных методов. Подбирая определенные каучуки и термопласты, меняя режимы переработки, вводя различные ингредиенты, проводя полную или частичную вулканизации каучуковой фазы, можно получать материалы, способные конкурировать с высоконаполненными резинами и термопластами.
Силоксановая композиция N2 представляет собой двухкомпонентный набор, состоящий из двух пластилинообразных силоксанов различной природы, способных после смешения в соотношении компонентов 1:1 через некоторое время переходить в необратимое резиноподобное состояние при комнатной температуре. Отвержденное изделие можно раскрашивать рис. 01.

рис. 01 Детские опыты

рис. 01 Детские опыты
рис. 01 Детские опыты

При комнатной температуре игрушки, вылепленные детьми, имеют резиноподобное состояние; если взять их в руки, они снова делаются пластилиновыми

После смешения обоих компонентов происходит реакция гидросилилирования — присоединения гидридсилоксана, содержащего 15-20 мол.% Si — Н, по олефиновой связи винильной группы полидиметилсилоксана с вязкостью ~200 cSt (винильные группы расположены не только по концам, но и по силоксановой цепи), и композиция переходит в необратимое состояние. Композиция переходит из пластичного состояния в резиноподобное в интервале 18-25°С; время ее жизни — 25-60 мин. Наиболее предпочтительный катализатор гидросилилирования — соединение платины (преимущественно катализатор Карстедта) в растворе спирта, ксилена, дивинилсилоксана или циклического винилсилоксана. Повышение температуры сокращает жизнеспособность и время вулканизации. Также в состав композиции входят различные наполнители, термостабилизирующие добавки и структурирующие агенты.
В результате проводимой в ФГУП "НИИСК" работы, при поддержке ФЦП "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 - 2020 гг.", приоритетное направление "Индустрия наносистем", будет расширен ассортимент экологически чистых био-инертных композиционных материалов для детского творчества. Разработанные композиции могут быть использованы и в создании изоляционных материалов, в художественно-реставрационных, археологических и ювелирных работах для снятия слепков и отливки форм.

Таб. 01 Стадии технологии получения силоксановой композиции

IПолучение низковязких "привитых" сополимеров
IIПолучение
IIIПолучение винилсилоксановой компоненты
IVБольшие, вытянутые ямки: в 92,7% аденома, в 4,2% карцинома, остальное спорные

Журнал "Коммерсантъ Наука" №5

от 31.08.2015, стр. 26