Сб. тезисов Наукоемкие технологии 14-16 октября 2015

Список литературы

1.Кузьминов Ю. С. Ниобат и танталат лития – материалы для нелинейной оптики. М.: Наука, 1975. 224 с.

2.Маслобоева С. М., Елизарова И. Р., Кадырова Г. И., Арутюнян Л. Г. Синтез и свойства го-

могенно легированных Nb2O5<Dy> и шихты состава LiNbO3<Dy> // Неорганические материалы. 2014. Т. 50. № 8. С. 867–873.

УДК 546.681 А. Н. Матвеева, Н. А. Пахомов

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (Технический университет), Санкт-Петербург, РФ e-mail: ann.matveeva1@gmail.com

галлиевые катализаторы как альтернатива хромовым

в процессах дегидрирования низших парафинов

Аннотация. Рассматривается, какова каталитическая активность галлиевых катализаторов в процессах дегидрирования низших парафинов.

Ключевые слова: дегидрирование, алюмохромовый катализатор, оксид галлия.

Из всех катализаторов дегидрирования низших парафинов алюмохромовые самые дешевые, поэтому и самые распространенные. Однако шестивалентный хром является признанным канцерогеном. Это привело к большим экологическим проблемам, связанных с уничтожением отработанного катализатора и загрязнением окружающей среды. Ввиду этого возникает необходимость разработки нового безхромового катализатора, каталитические характеристики которого не уступали бы хромовому. В литературе описывают использование катализаторов на основе оксида галлия в качестве альтернативы хромовым катализаторам [1].

Было проведено изучение галлиевых и комбинированных галлийхромовых катализаторов на Al2O3 в реакциях дегидрирования изобутана, а также сравнение их с аналогичным по составу алюмохромовым катализатором. В таблице приведены ка - талитические характеристики галлиевых катализаторов, содержащих 6% Ga. Введение K2O в образец Г-6 оказывает отрицательное влияние – выход изобутилена падает почти в 2 раза. Хотя известно, что в случае с хромовым катализатором введение этой добавки, напротив, увеличивает выход продукта. Введение ZrO 2 не оказывает значительного влияния на каталитические характеристики галлиевого катализатора. При использовании комбинированного Ga/Cr-катализатора происходит увеличение селективности, что при равной степени превращения с хромовым дает более высокий выход изобутилена.

© Матвеева А. Н., Пахомов Н. А., 2015.

31

Каталитические характеристики галлий- и хромсодержащих катализаторов в реакциях дегидрирования изобутана

Список литературы

1.Dehydrogenation of propane to propene over different polymorphs of gallium oxide / B. Zheng, W. Hua, Y. Yue [et al.] // Journal of Catalysis. 2005. 232. P. 143–151.

УДК 667-12 А. А. Мелидина, О. Э. Бабкин, М. В. Сиротинина

Санкт-Петербургский государственный институт кино и телевидения, Санкт-Петербург, РФ e-mail: maa14-93@mail.ru

УФ-ОТВЕРЖДАЕМЫЕ ПОКРЫТИЯ ДЛЯ ОПТОВОЛОКОННЫХ КАБЕЛЕЙ

Аннотация.Данная работа посвящена разработке цветных лаковых покрытий для оптических волокон.

Ключевые слова: волоконно-оптический кабель, чернила, ультрафиолетовое отверждение, оптические волокна.

На сегодняшний день одной из наиболее совершенных систем передачи информации являются волоконно-оптические линии. Благодаря ряду своих достоинств оптоволоконные кабели более распространены в сравнении с электрическими или медными.

По волоконно-оптическим линиям можно передавать большой объем информации на значительные расстояния с достаточно высокой скоростью. Яркими примерами использования оптоволоконных кабелей в качестве сетевой связи могут служить телефонные сети, сети интернет и телевидения.

© Мелидина А. А., Бабкин О. Э., Сиротинина М. В., 2015.

32

Что же собой представляет оптоволоконный кабель? Волоконно-оптическая система содержит ряд тонких оптических волокон, как правило, различных цветов, заключенных в общую оболочку [1].

Структура оптического волокна схематично изображена на рисунке.

Схема оптического волокна

Вданной работе особое внимание уделяется цветному покрытию, наносимому на поверхность волокна. Используемые в этих целях чернила должны обеспечивать высокое качество цвета для лучшей идентификации оптических волокон в модуле.

Внастоящее время странами-производителями чернил для оптоволоконных систем являются Нидерланды и Германия. Как правило, они разрабатывают пигментированные составы 12 цветов, позволяющие окрасить стандартный оптический модуль из 12 волокон. Наша задача заключалась в разработке цветных лаковых покрытий ультрафиолетового отверждения, используемых для цветового кодирования оптических волокон, способных заменить продукты иностранного производства.

Основным критерием выбора состава цветного покрытия послужил ряд требований, предъявляемых к нему. Чернила должны обеспечивать хорошую стойкую окраску в течение всего времени эксплуатации оптического кабеля. Также нужно отметить, что данное покрытие должно обладать высокими показателями стойкости к различным воздействиям

ине оказывать пагубного влияния на характеристики передачи информации оптическими волокнами.

Главными компонентами разработанных УФ-отверждаемых систем были вещества на основе акрилатов с ненасыщенными двойными –С=С- связями, способных отверждаться за счет реакции полимеризации. Природой олигомер-мономерной системы, типом пигментов, наполнителей и добавок, вводимых в систему для улучшения тех или иных показателей, определяются свойства готового покрытия. Важным компонентом изготовленных в работе цветных лаковых покрытий послужили пигменты, используемые для придания окраски материалам, в нашем случае – оптическим волокнам. Пигменты представляют собой неорганические или органические, цветные или ахроматические красящие вещества. При разработке цветных составов ультрафиолетового отверждения были выбраны пигменты, которые не поглощают УФ-излучение в области абсорбции фотоинициатора и тем самым не замедляют реакцию фотополимеризации [2].

33

Список литературы

1.Савин Е. З. Волоконно-оптические кабели и пассивные компоненты ВОЛП: учеб. пособие.

М.: Пиар-пресс, 2012. 223 с.

2.Бабкин О. Э. Полимерные покрытия УФ-отверждения: учеб. пособие. СПб.: СПбГУКиТ, 2012. 47 с.

КАТАЛИТИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ОКСИДНЫЕ ПЛЕНКИ

Аннотация. В работе исследовано влияние температуры и времени оксидирования сплавов на физико-химические свойства оксидных пленок (толщину, массу, активность в реакции окисления СО,

Н2 и CH4).

Ключевые слова: металлические пластины, оксидирование, оксидная пленка, реакции окисления, сплавы металлов.

Реакции каталитического окисления лежат в основе экологически важных процессов. В настоящее время проблема загрязнения атмосферы выбросами СО и несгоревшими остатками углеводородов становится все острее. Для ее решения применяются нейтрализаторы выхлопных газов, рабочим элементом которых является катализатор, содержащий благородные металлы [1]. Такие катализаторы обладают высокой активностью и стабильностью в реакциях окисления, но также им свойственны недостатки: требовательность к чистоте топлива, низкая стойкость к каталитическим ядам, сложный технологический цикл изготовления и высокая стоимость. В связи с этим актуально на сегодняшний день создание новых, более перспективных катализаторов окисления. Настоящая работа посвящена решению данной проблемы.

Металлические носители катализаторов обладают достаточной теплопроводностью, они могут принимать любую форму, что удобно при монтаже, а также для их использования в различных конструкциях микрореакторов, имеют конкретную жесткость.

Экспериментальная часть

Синтез катализаторов окисления на металлических носителях включает: подготовку поверхности сплава, выбранного в качестве первичного носителя; оксидирование металла [3].

Оксидирование металлических образцов проводили путем обжига в предварительно разогретой лабораторной трубчатой электропечи типа СУОЛ при температурах 200–900 °С в течение 2–12 ч при объемном расходе воздуха 40 ч–1. Степень оксидирования образцов оценивали по удельной массе оксидной пленки (Δm, г/см2), равной отношению прироста массы к площади пластин (рисунок).

© Нагурянская Ю. Н., 2015.

34

Зависимость изменения удельной массы оксидной пленки пластин из сплава Л63(а) и Х18Н10Т (б) от температуры и времени оксидирования

Список литературы

1.Сазонов В. А., Исмагилов З. Р. Катализаторы новых геометрических форм для процессов газоочистки // Блочные носители и катализаторы сотовой структуры: Сб. науч. тр. Ново-

сибирск, 1992. С. 30–34.

2.Голодец Г. И. Гетерогенно-каталитические реакции с участием молекулярного кислорода. Киев: Наукова Думка, 1977. 359 с.

УДК 541.135.4+541.118 V. N. Pak, O. V. Golov

Herzen State Pedagogical University of Russia, Saint-Petersburg, Russia e-mail: pakviacheslav@mail.ru

SYNTHESIS OF SILVER NANOSTRUCTURES

IN POROUS GLASS MATRIX

Abstract. Silver nanostructures were synthesized in the porous glass membranes with regulated pore radii. Step-by-step procedure provides predominant 2D-forms of the metal deposits accomplished by the structure close to silver monolayer.

Keywords: porous glass, silver, synthesis, structure

Porous glass (PG) gives unique opportunities for preparation and investigation of the compounds in a nanometer dimensional range. Really, a cross-section of substances brought into (or synthesized in) PG is regulated by a pore radius which can be confidently set within the range of 2÷20 nm.

We have worked out the procedure for silver nanoparticles synthesis in PG which includes a saturation of PG with AgNO3 water solutions and subsequent drying and reduction of the salt with hydrogen. The structure and properties of Ag/PG systems are well regulated with the use

© Pak V. N., Golov O. V., 2015.

35

of this procedure. A cyclic repetition of the synthetic steps as well as variations of the solutions concentration, result in a planned and monotonous growth of the silver intercalates mass.

Three stages of nanosized silver formation can be elucidated according to the overall results analysis. The first stage includes the formation and growth of two-dimensional evenly distributed clusters Agn. At the second stage, multitude contacts originate between the clusters, completed by the monolayer silver structure formation on the walls of PG canals. Metallic silver deposition beyond monolayer takes place at the third stage.

A composition and structure of the metal clusters at the initial stage of their growth can be elucidated using the results of weighing and adsorption measurements. The clusters dimensional parameters correspond qualitatively to the character of their electronic spectra.

A transition from the cluster type structure to the monolayer distribution takes place in the narrow composition range, accompanied by the sharp changes of a free porous space of PG, the intercalates density, electronic spectra and electrical conductivity. In a case of cluster type systems Agn/PG, the conductivity is realized in accordance with mechanism of an activated transport. Linear decrease of the activation energy is observed with the growth of the clusters dimension. The activated type conductivity changes for a metal like in a composition range corresponding to the effective silver monolayer.

УДК 544.654.2 С. С. Перевозников, Л. С. Цыбульская, С. К. Позняк

Научно-исследовательский институт физико-химических проблем Белорусского государственного университета, Минск, Республика Беларусь e-mail: perevoznikovs@yandex.ru

Защитные свойства ультрачерных покрытий на основе электроосажденного сплава никель-фосфор

Аннотация. Проведено исследование защитной способности однослойных и двухслойных покрытий никель-фосфор в 3,5% растворе NaCl, полученных методом электрохимического осаждения и обладающих после химической обработки в окислительной среде низким коэффициентом отражения в видимом диапазоне длин волн.

Ключевые слова: электрохимическое осаждение, ультрачерные покрытия, коррозия, импедансная спектроскопия.

Ультрачерные покрытия, обладающие низким коэффициентом отражения в видимом диапазоне длин волн, широко востребованы в производстве оптических приборов для снижения побочного светового фона и увеличения контрастности получаемого изображения. Одной из самых черных поверхностей (коэффициент отражения 0,4%) обладает покрытие, полученное химической обработкой в окислительной среде электрохимически осажденного покрытия Ni-P толщиной ~50 мкм [1]. Предложенный метод синтеза приводит к формированию на поверхности покрытия уникального микрорельефа, обусловливающего его высокую светопоглощающую способность, но вместе с тем может привести к образованию сквозных пор, а следовательно, и к коррозионному поражению материала подложки (рисунок).

© Перевозников С. С., Цыбульская Л. С., Позняк С. К., 2015.

36

Микрофотография поперечного скола ультрачерного покрытия Ni-P

Продукты коррозии, проникающие через микропоры на поверхность черного покрытия, снижают его поглощательную способность. Методом импедансной спектроскопии было показано, что ультрачерное покрытие Ni-P, нанесенное на алюминиевую подложку, подвергается интенсивному коррозионному разрушению в 3,5%-м растворе NaCl, в то время как покрытие, нанесенное на медную подложку, остается стабильным в течение 200 ч испытаний. Такой результат может быть объяснен различием стандартных электродных потенциалов никеля, алюминия и меди. Никель для медной подложки является анодной защитой, для алюминия – катодной, и наличие пор в покрытии в последнем случае недопустимо. Показано, что нанесение двухслойного покрытия: аморфного Ni-P (20 ат.% Р) толщиной 5 мкм и поликристаллического Ni-P (2–4 ат.% Р) толщиной ~ 50 мкм позволяет надежно защитить алюминиевые подложки в среде 3,5% NaCl без снижения поглощательной способности покрытия в видимом диапазоне длин волн.

Список литературы

1.Патент 17348 РБ. МПК С 25Д 3/56. Способ получения ультрачерных пленок на основе сплава никель-фосфор / Перевозников С. С., Цыбульская Л. С., Позняк С. К., Пуровская О. Г., Гаевская Т. В.

УДК 542.61 Е. В. Петренко, С. С. Мнацаканов

Санкт-Петербургский государственный институт кино и телевидения, Санкт-Петербург, РФ e-mail: petrenochka186@gmail.com

КОМПОЗИЦИИ ПОЛИВИНИЛОВОГО СПИРТА ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В МЕДИЦИНЕ

Аннотация. Рассмотрены возможные варианты регулирования совместимости плохо совмещающихся водорастворимых полимеров: поливиниловых спиртов различной конфигурации, а также ПВС и желатина. Показано, как растворы одних полимеров можно использовать в качестве растворителей для других.

Ключевые слова: водный раствор, поливиниловый спирт, омыление.

© Петренко Е. В., Мнацаканов С. С., 2015.

37

Поливиниловый спирт (ПВС) широко применяется в различных отраслях техники. Переработка ПВС производится из водных растворов. ПВС не переходит в вязкотекучее состояние, а также единственным технически значимым растворителем является вода.

Механизм растворения обусловливается образованием межмолекулярных взаимодействий функциональных групп молекул растворяемого вещества и растворителя. Поэтому можно представить, что и для совместимости полимеров необходимым условием (но недостаточным) является образование таких взаимодействий [1].

ПВС по конфигурации и конформации цепи вполне сопоставим с таковыми полиэтилена (ПЭ): та же термодинамическая гибкость и практически регулярное строение. ОН-группы малы по объему и «не утяжеляют» цепь в сравнении с полиэтиленовой. Химическое строение ПВС коренным образом отличает его от ПЭ: гидроксильные группы существенно полярны и придают полимеру способность растворяться в воде. Наличие гидроксилов у всех α-углеродных групп ПВС обусловливает практическое совпадение энергий перехода в вязкотекучее состояние близ 230 °С и деструкции. Поэтому главным способом переработки ПВС является перевод его в водный раствор.

Для получения раствора смесь ПВС с водой необходимо прогреть до температуры, близкой к температуре кипения воды (но не менее, чем до 85 °С, что соответствует средней величине энергии водородных связей). Эти связи в полимере необходимо нарушить при сохранении образовавшихся прочных комплексов гидроксил ПВСвода: они приведут к разрушению кристаллической фазы. Полученный водный раствор ПВС по уже названным причинам оказывается нестабильным: при охлаждении процессы проходят приблизительно в обратном порядке. Нетрудно представить, что в макромолекуле ПВС гидрофильная –ОН-группа не уравновешивает гидрофобную

–СН2–СН–группу.

В ПВС содержание остаточных винилацетатных звеньев составляет 1,0–1,5 масс.%, что практически не отражается на химических и физико-химических свойствах полимера. В технологической терминологии такой полимер называют глубоко омыленным. Не полностью омыленный полимер, назовем его ВС-ВА, быстро растворяется в воде даже при комнатной температуре, образуя истинные нестареющие растворы. Наличие сравнительно большого числа неомыленных ацетатных групп приводит к химической нерегулярности макромолекул и снижению плотности их упаковки. Вследствие меньшей плотности гидроксилы «не дотягиваются» до контакта с «соседями» других молекул.

Таким образом, вода – лучший растворитель для ВС-ВА, чем для ПВС. Это означает, что комплекс вода-гидроксил ВС-ВА достаточно прочен. Если совместить воду с определенным количеством ВС-ВА, можно получить новый в определенном смысле «воднополимерный» растворитель, в котором и следует получать растворы ПВС.

Список литературы

1.Полимерные смеси / под ред. Д. Пола и С. Ньюмена. М.: Мир, 1981. Т. 1. 550 с.

2.Розинберг М. Э. Полимеры на основе винилацетата. Л.: Химия, 1983. 176 с.

38

УДК 667.6 Л. А. Бабкина, К. А. Пронина, М. В. Огурцова

Санкт-Петербургский государственный институт кино и телевидения, Санкт-Петербург, РФ e-mail: kcenka2009@rambler.ru

ВОЗМОЖНОСТИ РЕГУЛИРОВАНИЯ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОК УФ-ОТВЕРЖДЕНИЯ

Аннотация. В данной работе приводится исследование возможностей регулирования свойств полимерных пленок УФ-отверждения.

Ключевые слова: УФ-отверждение, покрытия.

Способ отверждения ЛКМ УФ-излучением получил промышленное развитие в конце 1960-х гг., и в настоящее время считается одним из наиболее перспективных.­УФ-излучение используют главным образом при получении покрытий из материалов, способных отверждаться за счет реакции полимеризации. Принцип отверждения основан на способности УФ-лучей инициировать реакцию полимеризации олигомерных материалов определенной химической структуры.

Установлена возможность целенаправленного регулирования физико-механических свойств формируемых пленок за счет варьирования компонентов УФ-отверждаемых композиций. Свойства полимерных пленок определяются природой и концентрацией компонентов УФ-отверждаемых композиций, позволяющих в широких пределах регулировать комплекс необходимых свойств. Установлено, что физико-механические свойства ­УФ-отверждаемых покрытий определяется:

1)скоростью, которая определяется видом излучателя, мощностью, расстоянием от излучателя до отверждаемой поверхности, фотоинициатором (работают на поверхности

ив объеме);

2)глубиной процессов отверждения, которая определяется видом излучателя, мощностью, расстоянием от излучателя до отверждаемой поверхности, фотоинициатором (работают на поверхности и в объеме);

3)структурой пространственной сетки, которая определяется природой и количеством:

– олигомера;

– активного разбавителя;

– фотоинициатора.

Необходимые свойства УФ-отверждаемых покрытий, используемые для декоративной косметики (УФ-маникюр):

1)Долговечность – не менее 14 дней:

– блеск в течение всего времени эксплуатации;

– твердость и эластичность (эти два показателя должны соответствовать твердости и эластичности ногтевой пластины, укрепляя и делая ее более твердой);

– адгезия.

2)Простота снятия с ногтевой пластины – 15 мин воздействия растворителя (контактный метод ГОСТ 9.403-80).

© Бабкина Л. А., Пронина К. А., Огурцова М. В., 2015.

39

Втабл. 1 приведены результаты скорости отверждения (реакционная способность)

взависимости от вида активного разбавителя, используемого пигмента и толщины ­покрытия.

По результатам испытания УФ-лаки с активным разбавителем DPGDA и неорганическими пигментами в среднем отверждаются за 4–5 мин независимо от толщины покрытия, в то время как УФ-лак с органическим фталоцианиновым синим пигментом, независимо от толщины покрытия и изменения в составе лака активного разбавителя, отверждался более чем за 8–10 мин.

Степень отверждения определялась методом исчезновения липкости лакокрасочной пленки, которую устанавливаем легким прикосновением пальцев к поверхности пленки (ГОСТ-19007–73). Поскольку качественный анализ не дает точную оценку степени отверждения покрытия, проводились испытания по определению твердости на микротвердомере ПМТ-3 (табл. 2).

40