Відділ термостійких полімерів і нанокомпозитів

Коротка інформація

Відділ створено в березні 2021 року на базі лабораторії термостійких полімерів і нанокомпозитів, виокремленої у травні 2018 року, яка існувала з травня 2007 р. у складі відділу гетероциклічних полімерів і ВПС, а до 2007 р. – у відділі взаємопроникних полімерних сіток і систем. У відділі працює 9 спеціалістів, серед них 1 член-кореспондент НАН України, доктор наук, професор і 6 кандидатів наук.

Область наукових інтересів (Наукові напрямки)

• Синтез та дослідження структури і фізичних властивостей термостійких гетероциклічних полімерів, кополімерів, мікро- і нанокомпозитів, у тому числі, полімерних пін і нанопористих плівок.

• Вивчення кінетики тверднення реактопластів при формуванні композитів чи нанокомпозитів, вплив нанонаповнювачів на дані процеси.

• Визначення експлуатаційних характеристик розроблених матеріалів та можливості їх використання як клеїв, покриттів, зв’язуючих для вугле-, скло- та органопластиків, електроізоляційних компаундів.

• Розробка ефективних методів вторинного використання полімерних відходів і їх застосування у будівництві та у дорожній галузі.

• Роботи з модифікації бетону, з отримання і дослідження композиційних матеріалів для різних галузей промисловості.

Останні наукові результати

• В рамках наукового-технічного проекту «Розробка нанотехнологій виробництва гібридних органічно-неорганічних композитних наноматеріалів високої термостійкості  та адгезійної міцності і низьких діелектричних втрат для елементів авіації, ракетної техніки, мікроелектроніки» Державної цільової науково-технічної програми «Нанотехнології та наноматеріали» на 2010-2014 р.» розроблено високоефективне зв’язуюче і технологію виготовлення на його основі без використання розчинників вуглепластиків з підвищеними термічними і фізико-механічними характеристиками на базі промислових епоксидних та ціанових смол, а також, поліедральних олігомерних сілсесквіоксанів для оснащення літаків та космічних апаратів. Створені композиційні матеріали, які пройшли успішні випробування і одержано акти використання результатів названої науково-дослідної роботи від ДП «Антонов» і ДП «КБ «Південне».

• Створено наукову базу для комплексної хімічної утилізації полімерних відходів. Розроблено наукові принципи створення термоеластопластів (ТЕП) на основі відходів поліолефінів і гум. Розроблено ефективну, безвідходну технологію синтезу високоякісних ТЕП з відходів поліолефінів (поліетилену високого і низького тиску та поліпропілену) та відходів шинної гуми. Основна перевага методу полягає в тому, що утилізація відходів здійснюється екологічно безпечним, безвідходним та економічно вигідним шляхом зі створенням нових високоякісних матеріалів. Використання принципів хімічної компатибілізації дало змогу спрямовано регулювати структуру та властивості ТЕП на основі вторинної сировини. Розроблені матеріали практично не поступаються за властивостями кращим західним аналогам, синтезованим із первинної сировини, але значно дешевші і екологічно безпечні. Нова технологія запатентована та готується до впровадження у виробництво у дорожньому будівництві. У рамках чотирьох міжнародних проектів, що фінансувалися Європейською Спільнотою і США, а саме проекту INCO-Copernicus „Вторинна переробка гумової крихти і поліолефінових відходів шляхом створення термоеластопластів”, проекту УНТЦ № 3009 „Застосування принципів ВПС, динамічної вулканізації та опромінення для компатибілізації  і вторинного використання відходів поліетилену та гуми”, проекту УНТЦ № 3569 „Мікро- та макроармування асфальтобетонних дорожніх покриттів фіброматеріалами українського виробництва та їх відходами”, проекту № 4599 „Радіаційно-хімічна модифікація бетонів для підвищення довговічності споруд з екстремальними умовами  експлуатації” розроблено відповідні нові матеріали та ресурсозберігаючі технології. Запатентовано нові гумотехнічні вироби, модифікатори дорожнього одягу на основі вторинних полімерів, відходів гуми і поліамідного корду використаних автомобільних шин, модифікатори бетонів.

• У рамках науково-технічного проекту «Розробка ефективних методів подовження ресурсу мостів  і будівельних конструкцій шляхом хімічної та радіаційно-хімічної модифікації бетонів” (2013-2015 рр.)» Цільової комплексної  програми наукових досліджень НАН України “Проблеми ресурсу і безпеки експлуатації конструкцій, споруд та машин” (Ресурс) на основі вітчизняної промислово-доступної сировини розроблено і оптимізовано технологію радіаційно-хімічної модифікації бетону, одержано акти використання результатів науково-дослідної роботи.

• Розроблено високо термостійкі полімерні субнанокомпозити з розміром частинок нанонаповнювача в діапазоні 0,5–1,0 нм. Розробляються нові підходи до створення пористих поліціануратів, одержано плівкові матеріали як мембрани, ефективні для розділення сумішей газів. Започатковані роботи щодо створення нових полімерних систем на основі відтворюваної рослинної сировини. Одержано перші результати щодо синтезу та дослідженню структури і властивостей високотермостійких полімерів з мономерів бісфталонітрилів вітчизняного виробництва та теплостійких зв’язуючих для вугле- та склопластиків аерокосмічного призначення на їх основі. На ДП «Антонов» отримано позитивні результати випробувань таких матеріалів, це підприємство зацікавлено в впроваджені розроблених матеріалів при виробництві літаків.

• Розроблено наукові принципи хімічної та фізико-хімічної модифікації термостійких сітчастих поліціануратів. Синтезовано гібридні поліціануратні сітки, які містять у структурі хімічно вбудовані фрагменти епоксидних олігомерів, поліетерів, поліестерів або дієнових каучуків, поліціанурат-поліуретанові напів- та повні взаємопроникні полімерні сітки, пористі поліціанурати, вуглепластики та нанокомпозити, наповнені монтморилонітом, поліедральними олігомерними сілсесквіоксанами, вуглецевими нанотрубками тощо. Структура та властивості нових полімерних систем досліджено з використанням сучасних методів характеристики матеріалів. Обґрунтовано перспективність промислового використання розроблених полімерних матеріалів як мембран, клеїв, компаундів та матриць для композитів для застосування в електронній та аерокосмічній галузях промисловості.

• Розроблено наукові принципи регулювання мікрофазової структури, фазового поділу та складу фаз в термопластичних ВПС, в тому числі на основі полімерів природного походження, в залежності від типу функціоналізації складових та їх наступної фізичної або реакційної компатибілізації.

• Розроблено універсальні термостійкі полімерні композиції для використання при виготовленні адгезивів, герметиків, покриттів, мембран в аерокосмічній та електронній галузях промисловості.

Співробітники лабораторії брали участь у 17 міжнародних проектах, мали 34 персональні наукові гранти міжнародних організацій, активно співпрацюють з провідними вченими України, США, Франції, Великобританії, Німеччини, Італії, Греції, Польщі, Ізраїлю, Бразилії, Мексики, Індії, Угорщини, Узбекистану, Грузії, Азербайджану та ін., у тому числі з вченими інститутів НАН України, а саме з Інституту біоорганічної хімії і нафтохімії ім. В.П. Кухаря, Інституту ядерних досліджень, Інституту фізичної хімії ім. Л.В Писаржевського, Інституту проблем міцності ім. Г.С Писаренка, а також із вченими Національного аерокосмічного університету «ХАІ». Опубліковано спільні наукові статті зі співавторами з 25 закордонних університетів та наукових центрів 13 країн світу.

Найважливіші публікації

1. Thermostable Polycyanurates. Synthesis, Modification, Structure and Properties, (Ed: A. Fainleib), Nova Science Publisher, New York, 2011. – 362 р.

2. Recent developments in polymer recycling, A. Fainleib, O. Grigoryeva, editors. Transword Research Network, Kerala, India, 2011, ‒ 291p.

3. Grigoryeva O., Fainleib A., Sergeeva L.M. Thermoplastic polyurethane elastomers in interpenetrating polymer networks, in: „Handbook of Condensation Thermoplastic Elastomers”, editor S. Fakirov, WILEY-VCH, Germany, 2005, Сhapter 12, p. 325-354.

4. Thermally stable nanoporous cyanate ester resin/linear polyurethane net-works created by nuclear technologies / A. Fainleib, O. Grigoryeva, O. Starostenko, K. Gusakova, V. Sakhno, A. Borzakovskiy, T. Kovalinska, B. Youssef, F. Gouanve, E. Espuche, D. Grande // Polymer, 2021, 228:123831

5. High performance multi-functional Cyanate Ester oligomer-based network and epoxy-POSS-containing nanocomposites: structure, dynamics and properties / V. Bershtein, A. Fainleib, P. Yakushev, D. Kirilenko, L. Egorova, O. Grigoryeva, V. Ryzhov, O. Starostenko // Polymer Composites, 2020, 41(5):1900.

6. Effect of ionic liquids on kinetic peculiarities of dicyanate ester polycyclotrimerization and on thermal and viscoelastic properties of resulting cyanate ester resins / A. Fainleib, O. Grigoryeva, А. Vashchuk, O. Starostenko, S. Rogalsky, A. Rios de Anda, T.-T.-T. Nguyen, D. Grande // eXPRESS Polym. Lett., 2019, 13(5):469-483. DOI:10.3144/expresspolymlett.2019.39

7. High temperature phthalonitrile nanocomposites with silicon based nanoparticles of different nature and surface modification: Structure,dynamics, properties / V. Bershtein, A. Fainleib, P. Yakushev, D. Kirilenko, K. Gusakova, D. Markina, O. Melnychuk, V. Ryzhov // Polymer, 2019, 165(28):39-54. DOI:10.1016/j.polymer.2019.01.020

8. Application of ionic liquids in thermosetting polymers: Epoxy and cyanate ester resins / A. Vashchuk, A.M. Fainleib, O. Starostenko, D. Grande // eXPRESS Polymer Letters, 2018, 12(10):898-917. DOI: 10.3144/expresspolymlett.2018.77

9. Nanoporous Cyanate Ester Resins: Structure-Gas Transport Property Relationships / K. Gusakova, A. Fainleib, E. Espuche, O. Grigoryeva, O. Starostenko, F. Gouanve, G. Boiteux, J.-M. Saiter, D. Grande // Nanoscale Research Letters, 2017, 12:305 (p. 1-9) DOI: 1186/s11671-017-2071-3

10. Silica subnanometer-sized nodes, nanoclusters and aggregates in Cyanate Ester Resin-based networks: structure and properties of hybrid subnano- and nanocomposites / V. Bershtein, А. Fainleib, K. Gusakova, D. Kirilenko, P. Yakushev, L. Egorova, N. Lavrenyuk, V. Ryzhov // Eur. Polym. J., 2016, 85С:375-389. DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2016.10.047

11. Acceleration effect of ionic liquids on polycyclotrimerization of dicyanate esters / A. Fainleib, O. Grigoryeva, O. Starostenko, A. Vashchuk, S. Rogalsky, D. Grande // eXPRESS Polym. Let., 2016, 10(9):722–729. DOI: 10.3144/expresspolymlett.2016.66

12. The impact of ultra-low amounts of introduced reactive POSS nanoparticles on structure, dynamics and properties of thermostable polycyanurates / V. Bershtein, A. Fainleib, L. Egorova, O. Grigoryeva, D. Kirilenko, S. Konnikov, V. Ryzhov, O. Starostenko, P. Yakushev, M. Yagovkina // Eur. Polym. J., 2015, 67:128-142. DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2015.03.022

13. The Impact of Ultra-low Amounts of Amino-Modified MMT on Dynamics and Properties of Densely Cross-linked Cyanate Ester Resin / V. Bershtein, А. Fainleib, L. Egorova, K. Gusakova, O. Grigoryeva, D. Kirilenko, S. Konnikov, V. Ryzhov, P. Yakushev, N. Lavrenyuk // Nanoscale Res. Lett., 2015, 10:165. DOI: 10.1186/s11671-015-0868-5

14. Annealing behavior and thermal stability of nanoporous polymer films based on high-performance cyanate ester resins / K. Gusakova, J.-M. Saiter, O. Grigoryeva, F. Gouanve, A. Fainleib, O. Starostenko, D. Grande // Polym. Degr. Stab., 2015, 120:402-409. DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2015.07.009

15. Thermoplastic elastomers based on recycled high-density polyethylene, ethylene–propylene–diene monomer rubber, and ground tire rubber / O.P. Grigoryeva, A.M. Fainleib, A.L. Tolstov, O.M. Starostenko, E. Lievana, J. Karger-Kocsis // J. Appl. Polym. Sci., 2005, 95(3):659-671. DOI: 10.1002/app.21177