Импортозамещение в химической промышленности сегодня связано не только с заменой готовых продуктов, но и с воссозданием сложных технологических цепочек, которые десятилетиями контролировались зарубежными производителями. Особенно остро эта проблема стоит в производстве широко применяемых полимерных материалов — пенопластов и пластмасс, используемых в строительстве, производстве удобрений и упаковке. Для их производства необходимы различные добавки и стабилизаторы, которые в России сегодня не производят. Импортная зависимость десятилетиями сдерживала развитие отрасли, а полноценных исследований, доведенных до промышленного применения, так и не появилось. Ученые Пермского Политеха впервые в России разработали технологию получения компонента из доступного отечественного сырья, который может быть использован в качестве стабилизатора при производстве полимеров. Это открывает путь к полному замещению импортных поставок и укреплению технологической независимости целых отраслей.
Химическая промышленность — основа многих секторов: строительства, машиностроения, сельского хозяйства. Именно поэтому сегодня особенно остро стоит вопрос импортозамещения не просто готовых продуктов, а рецептур, составов, процессов, которые десятилетиями формировались за рубежом.
Стратегически значимыми продуктами химической отрасли сегодня являются полимерные материалы, которые в виде легких гранул используются для многих задач: производства тепло- и звукоизоляции, легких бетонов и упаковок. К таким материалам относятся, например, пенопласт, различные виды пластмасс и полимерные композиты. Спрос на них в России стабильно высок, и они входят в перечень продукции, критически важной для развития городской инфраструктуры.
Однако производство полимерных материалов — технологически сложный процесс. Исходное сырье необходимо превратить в твердые гранулы строго заданного размера и структуры. Любое отклонение от режима приводит к браку: вместо однородных частиц образуются комки (разноразмерные или дефектные), непригодные для дальнейшего использования.
Результат определяется многими факторами и зависит в том числе от состава применяемых стабилизирующих компонентов и добавок, которые могут влиять на качество продукта. Проблема в том, что до сих пор их отечественных аналогов не существует. В России проводились отдельные исследования в этой области, однако полученных результатов было недостаточно для создания полноценной технологии производства.
Главная проблема в том, что скопировать иностранную методологию невозможно: свойства отечественных материалов могут отличаться, и требуется собственная настройка всех параметров.
Ученые Пермского Политеха впервые в России исследовали способы получения стабилизирующих компонентов, которые могут быть использованы при производстве пенопласта. Они разработали технологию, которая позволит применять доступные отечественные материалы и заместить импортные компоненты.
Работа началась с выбора сырья: ученые взяли за основу соединения кальция и фосфора, то есть использовали доступные аналоги зарубежных реагентов, и изучили, как именно нужно подготовить их, чтобы получить продукт с нужными свойствами.
Однако подготовка сырья — лишь один из факторов, влияющих на результат. Не менее важно определить правильное соотношение компонентов. Для этого ученые провели серию экспериментов, в каждом из которых меняли ключевой параметр — концентрацию кальция и фосфора.
Асия Кобелева
— Синтез образцов проходил в строго контролируемых условиях. Процесс проводили в жидкой фазе при перемешивании с последующим отделением продукта. Полученные образцы проанализировали: измерили размер и форму частиц, а также химический состав, — отметила Асия Кобелева, кандидат технических наук, доцент кафедры «Химические технологии» ПНИПУ.
В ходе экспериментов ученые определили условия, при которых образуется продукт, схожий по свойствам и качеству с импортными аналогами, которые используются при производстве пенопласта. Они установили оптимальное соотношение кальция и фосфора, при котором образцы были наиболее близки к зарубежным материалам по своим характеристикам (размеру и однородности частиц).
Ученые также определили, как лучше всего подготовить один из ключевых компонентов сырья — карбонат кальция. Они сравнили два способа измельчения: вручную в ступке и в лабораторной мельнице. Измельчение в мельнице оказалось значительно эффективнее: гранулы получились в несколько раз мельче, чем при ручном способе, а их форма — более однородной.
— Полученный компонент выглядит как мелкий порошок, форма частиц которого близка к сферической. Если рассматривать их под микроскопом, видно, что каждая такая гранула собрана из более мелких игольчатых кристаллов. Благодаря такому строению площадь поверхности порошка получается очень большой — а чем она больше, тем активнее добавка работает, и тем меньше ее нужно для производства пенопласта, — дополнила Асия Кобелева.
Разработка позволяет наладить собственное производство стабилизирующих компонентов. Созданная добавка имеет подходящую структуру и размер частиц, а значит, может заменить импортные аналоги.
Результаты работы найдут применение на отечественных предприятиях. Данный состав добавки может использоваться при производстве полимерных материалов для утепления и звукоизоляции домов, трубопроводов, при производстве упаковки для оборудования, а также в быту.
Кроме того, технология синтеза основана на доступном для России сырье и не требует сложного оборудования, что упрощает ее масштабирование до промышленных объемов. Это позволяет наладить производство пенопласта, снижая зависимость от импортных поставок и сокращая издержки, связанные с закупкой и логистикой зарубежных компонентов.
Статья опубликована в журнале «Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Химическая технология и биотехнология». Исследование проведено в рамках программы «Приоритет 2030».
Источник: Минобрнауки России
