Углеродное, антибактериальное и ионообменное

Теплоизоляция, способная защитить от высоких и сверхвысоких температур

Помимо представленного в журнале «Композитный мир» № 2 (89) 2020 теплоизоляционного материала, предназначенного для работы в условиях низких температур, на кафедре наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов им. А. И. Меоса Санкт-Петербургского государственного университета промышленных технологий и дизайна разработана теплоизоляция для защиты от высоких и сверхвысоких температур. Она представляет собой состоящий из нескольких функциональных слоев углерод-углеродный композиционный материал, способный противодействовать температурам до 3000°С в инертной среде или вакууме.

«Актуальность разработки обусловлена тем, что одним из важнейших путей экономии топливно-энергетических ресурсов является минимизация тепловых потерь через теплозащитные и теплоизолирующие конструкции зданий, сооружений, оборудования и теплопроводов. Однако множество технологических процессов связаны с использованием высоких температур, для защиты от которых необходимы специальные материалы, — комментирует один из авторов разработки, старший преподаватель кафедры наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов СПбГУПТД Андрей Кузнецов.

Тепло-огнезащитный углерод-углеродный композиционный материал

Разработка найдет применение в качестве теплоизоляции оборудования, высокотемпературных печей, предназначенных для плавки и спекания металлов, получения керамических и углеродных материалов. Материал может иметь покровный слой из графитовой фольги, которая защищает его от огневой нагрузки и придает жесткость, а остальные теплоизоляционные слои обеспечивают низкую теплопроводность, уберегая оборудование от потерь тепла. Такой композиционный материал имеет ряд преимуществ перед существующими аналогами, а именно тугоплавкими металлами и различными неорганическими соединениями, выдерживающими высокую температуру (боридами и нитридами): он дешевле, не горит и размеростабилен в широком диапазоне рабочих температур. Материал может сочетать в себе не только низкую плотность и способность выдерживать высокие температуры, а еще и иметь высокую прочность. Добиться этого можно за счет изменения технологических режимов при получении самого композита.

Демонстрация свойств тепло-огнезащитного углерод-углеродного композиционного материала в пламени горелки при 1200°C

Кафедра наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов им. А. И. Меоса СПбГУПТД проводила разработку композитов для термозащиты в рамках гранта с Союзным государством Республики Беларусь. (работы велись под руководством профессора Лысенко А. А. и доцента Асташкиной О. В.). Итогом НИОКР стала организация производства на площадях ОАО «СветлогорскХимволокно»

Хирургические нити нового поколения

Разработки в области медицинских и биоактивных материалов ведутся на кафедре наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов им. А. И. Меоса Санкт-Петербургского государственного университета промышленных технологий и дизайна более 50 лет, результатом данных исследований стал, например, широкий ассортимент различных хирургических шовных материалов. А с учетом современного развития медицины, а также фармакологии, на кафедре на постоянной основе ведется актуализация существующих и поиск новых решений для данной сферы применения.

Антимикробные серебросодержащие нити. Серая область вокруг нитей — зона подавления роста клеток микроорганизмов

Среди современных разработок можно выделить антимикробный хирургический шовный материал с пролонгированным воздействием на антибиотико-резистентные штаммы возбудителей хирургических инфекций. Результаты применения таких нитей в хирургической практике показали, что количество постоперационных гнойных осложнений снижается в 3–5 раз по сравнению с обычными шовными материалами.

Данная нерассасывающаяся антимикробная нить, созданная учеными СПбГУПТД под руководством д.т.н. проф. Жуковского В. А., является оригинальным видом хирургического шовного материала, не имеющего отечественных и зарубежных аналогов по продолжительности и эффективности антимикробного действия.

«Антимикробная активность обусловлена пролонгированным выделением гентамицина, входящего в состав шовного материала, — комментирует один из авторов разработки доктор технических наук, профессор кафедры наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов СПбГУПТД, научный руководитель созданного на базе Санкт-Петербургского государственного университета промышленных технологий и дизайна предприятия по производству хирургических материалов «Линтекс» Валерий Жуковский. — Продолжительность антимикробного действия нити составляет не менее 15 суток, а начальная зона подавления микрофлоры — 25–40 мм и возрастает с увеличением толщины нити. Клинические испытания выявили высокую прочность и эластичность материала».

Изобретение уже внедрено в производство компании «Линтекс» и рекомендовано при хирургических вмешательствах на органах и тканях с повышенной микробной обсемененностью или в случае опасности вторичного инфицирования швов.

Особый интерес также представляют разработанные на кафедре НВКМ противоопухолевые хирургические нити, использование которых существенно снижает риск рецидива опухолей после их удаления. Материал также не имеет отечественных и зарубежных аналогов. Новизна разработки подтверждена патентами. На данный момент противоопухолевые нити проходят сложный этап клинических испытаний.

Принцип создания противоопухолевых нитей состоит в химическом закреплении различных противоопухолевых препаратов на поливинилспиртовых, полиамидных, полиэфирных или полипропиленовых волокнах. Учёные модифицируют волокна и сорбируют на них противоопухолевые препараты ионной связью, что обеспечивает нитям пролонгированное длительное и эффективное противоопухолевое действие.

Сами противоопухолевые препараты, закрепленные на волокнах, содержат такие лекарственные вещества, как сарколизин, 5-фторурацил, проспидин, циклофосфан, 6-меркаптопурин, метотрексат, что позволяет получать шовный материал широкого спектра противоопухолевого действия.

Искусственные субстраты для выращивания растений

Ученые кафедры наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов им. А.И. Меоса СПбГУПТД также занимаются решением одной из важнейших проблем при культивировании растений в искусственных условиях — созданием полноценных корнеобитаемых сред. Данными работами на кафедре руководят доценты кафедры: к.т.н. Виноградова Людмила Егоровна, к.т.н. Свердлова Наталья Ивановна и к.т.н. Штягина Людмила Михайловна.

При текстильной переработке химических и натуральных волокон образуется значительное количество отходов, оказывающих весомую экологическую нагрузку на литосферу.

Одним из прогрессивных методов утилизации волокнистых отходов является включение их в качестве наполнителей в композиционные материалы, используемые в дальнейшем как питательные среды для выращивания растений. В случае использования в качестве наполнителей для изготовления искусственных питательных сред отходов химических волокон предполагается их предварительная модификация с целью придания полимерным материалам сорбционной активности по отношению к микро- и макроэлементам, необходимым для роста растений.

Декоративные растения в искусственном субстрате через 20 лет наблюдений (2020 год)

Вопросы получения и использования искусственной почвы особенно актуальны для площадок, где отсутствует естественная плодородная почва: например, для спортивных площадок и для декоративного озеленения объектов неприродного местообитания, например, медицинских учреждений, крыш, подземных гаражей и др.

Создание композиций, поддерживающих рост растений, вносит существенный вклад в совершенствование комфортных условий пребывания (влажности, кислородного баланса и т.д.) в ограниченном пространстве и поддержку благоприятного психологического и эмоционального состояния людей, выполняющих обслуживание сложной техники в труднодоступных районах Земли (например, Арктики и Антарктики), в космическом пространстве, в дальних морских походах, в замкнутом пространстве подводных лодок. Не менее важным остается и озеленение больших площадей в городах и загородных районах массового отдыха людей.

На кафедре разработан искусственный заменитель почвы (субстрат) в виде композиционного материала волокнистой структуры, предназначенный для выращивания растений, в частности, смеси трав для партерного или обыкновенного газона. Технология получения субстрата заключается в формовании материала нетканой структуры из заранее модифицированных волокон различной природы: целлюлозного (вискозного, льняного, хлопкового), полиэфирного, полиакрилонитрильного, полипропиленового, которые в смеси сочетают способность удерживать влагу и при поливе водой обменивать заранее химически присоединённые питательные элементы на продукты распада, выделяемые корнями растений, аккумулируя их для продолжения вегетационного периода.

Субстрат имеет непрерывную структуру с высокими водно-воздушным свойствами и может быть произведен любого размера в зависимости от требований заказчиков. После пропитки питательным раствором на поверхность субстрата высеивают семена, закрепляя их аэрозольным напылением водорастворимого полимера. При поддержке равновесной влажности после прорастания семян субстрат становится корнеобитаемой средой для растений. В результате прорастания корней растений через волокнистые слои происходит фиксация последних друг относительно друга, при этом сохраняется возможность сворачивания живого коврового газона в рулон.

Волокна, используемые для получения субстратов, имеют высокоразвитую поверхность, хорошую способность к набуханию, высокие прочностные и эластические характеристики, что дает возможность создания разнообразных геометрических форм. Включение в состав данных композиционных материалов смеси натуральных и химических волокон позволяет использовать технические приемы получения нетканых материалов или блоков конденсационно-пористой структуры. Доказано, что используемые полимеры в виде волокон являются исключительно благоприятными материалами для взаимодействия с макромолекулярными природными соединениями и гуминовыми кислотами, причем установлено, что взаимодействие с волокнами в наибольшей, чем при использовании гранул и пленок, степени сохраняет их биологическую активность.

Данное решение существенно отличается от известных и является промышленно применимым.

Бакалавры, магистры и аспиранты под руководством сотрудников кафедры продолжают исследования по получению искусственных субстратов с применением в качестве наполнителей не только отходов текстильных предприятий, но и самих текстильных изделий, требующих вторичной переработки.

Статья была опубликована в номере 3 (90) 2020