ИСТИНА

Проект направлен на решение научных и прикладных проблем в области материаловедения и физической химии полимеров, связанных с созданием новых функциональных полимерных материалов (нанокомпозитов).

The project is devoted to the solving of fundamental scientific and applied problems in the field of materials science and physical chemistry of polymers related to the upcycling of industrial polymers (polyolefins, polyethylene terephthalate, polytetrafluoroethylene, polycaprolactone) and the formation of new materials organized as polymer-polymer nanocomposites. For the modification of polymer films and fibers, the project proposes the development of a new approach - changing the chemical nature of the surface via polymer-polymer nanocomposite with the simultaneous formation of micro- and nanorelief in a one-stage process. The choice of hydrophilic biocompatible poly(vinyl alcohol) (PVA) as one of the components of the nanocomposites, together with the surface relief, makes it possible to solve the problem of improving the wettability of widely used hydrophobic polymers, and their swelling ability, gas separation properties, vapor permeability, biocompatibility, biodegradation, antibacterial, mechanical properties, degree of crystallization, etc. To solve the problem of hydrophilization, the project proposes structural and mechanical modification of a wide range of hydrophobic polymers in PVA solutions by the crazing mechanism, as well as the use of PVA as a composite matrix for introducing hydrophobic components from solutions. The deformation of amorphous glassy and semicrystalline polymers by the crazing mechanism is accompanied by the formation of a fibrillar-porous structure with a high level of porosity (up to 60 vol.%) and pore sizes up to several tens of nanometers. Under certain conditions, which will be established in the research, the stretching of films and fibers in polymeric solutions is accompanied by the penetration of macromolecules into the forming nanoporous matrix. The content of the introduced hydrophilic component, and hence the hydrophobic-hydrophilic balance of the composite, can be controlled by the degree of matrix stretching and the concentration of the PVA solution. The authors of the project found that crazing makes it possible to form on the surface of a deformable polymer a regular micro- and nanolevel relief, the parameters and morphology of which are determined by the degree of matrix stretching and the initial supramolecular structure of the polymer. Thus, the proposed approach to polymer hydrophilization makes it possible to form a relief and to vary the chemical nature of the surface depending on the composition. The topicality of solving the scientific problem is justified, on the one hand, by the constant search for methods of industrial polymers modification, on the other hand, by the interest in developing new methods for obtaining modern polymeric materials, including synergistically combining the functional properties of individual components into a single system. The approach to the hydrophilization of polyolefins, polyethylene terephthalate, polytetrafluoroethylene, polystyrene, polycaprolactone will make it possible to obtain new stable materials with a controlled hydrophobic-hydrophilic balance - from the contact angles of the initial polymers of 70-110 degrees to 30-45 degrees for composites with a relief and a high content (more than 50 %) hydrophilic PVA. The new nanocomposites can be used as materials for biomedical purposes, packaging, covering materials and modern textiles, (gas) vapor permeable materials, filtration membranes, selective sorbents, and in targeted drug delivery systems. An undoubted advantage of the developed approach is the possibility of its implementation on industrial equipment for the orientational stretching of polymers with its slight modification.

В ходе выполнения проекта будут получены новые полимер-полимерные материалы в виде волокон и пленок с рельефом микро- и наноуровня при структурно-механической модификации гидрофобных полимеров поливиниловым спиртом. На первом этапе работы будут разработаны подходы к получению новых полимер-полимерных нанокомпозитов: - будут изучены условия деформирования (скорость растяжения, степень вытяжки, масштабный фактор рабочей части образцов, природа физически активных жидких сред) пленок и волокон по механизму крейзинга для формирования рельефа поверхности и создания пористых полимерных матриц с высоким уровнем пористости, что позволит создать материалы с высоким содержанием (до 50%) вводимого полимера; - будут исследованы параметры и морфология рельефа поверхности и размер пор сформированных пористых матриц; - будут изучен механизм деформации полимеров в высоковязких растворах вводимых полимеров; - на основании разработанных методик деформирования пленок ПЭВП, ПП, ПЭТФ, ПТФЭ, волокон ПЭТФ и ПКЛ в растворах ПВС, а также пленок ПВС в растворах ПКЛ будут получены полимер-полимерные композиты разнообразного состава и структурного дизайна, определяемого рельефом полимерных матриц; - будет исследован состав новых полимер-полимерных материалов в зависимости от соотношения компонентов, механизма крейзинга, исходной надмолекулярной структуры полимера, условий и среды деформирования.

Проект основан на опыте и знаниях руководителя коллектива в области структуры и деформации полимеров, что нашло отражение в более чем 30 публикациях за последние 5 лет, в том числе в высокорейтинговых журналах и патентах [1-12]. В сферу научных интересов группы авторов проекта входит получение, исследование структуры и свойств функциональных пористых полимерных материалов, композитов и полимерных смесей, исследование и разработка подходов к модификации полимеров. Именно в работах авторов проекта впервые было установлено, что крейзинг позволяет сформировать на поверхности деформируемого полимера рельеф микро - и наноуровня, в том числе уникальный анизотропный рельеф [8]. Часть коллектива имеет опыт совместной работы в течение трех лет в качестве исполнителей по гранту РНФ "Функциональные гибридные органо-неорганические нанокомпозиционные материалы на основе мезопористых полимерных матриц: получение, свойства и прикладные характеристики". В результате работ по данному гранту были получены негорючие полимерные материалы ПЭВП, ПП и ПЭТФ с диаммонийфосфатом, фуллереном, квантовыми точками, хлористым кальцием, по результатам работы вышло 10 публикаций и подано 2 патента. Коллектив обладает опытом разработки методик деформирования полимеров в разных средах, имеет доступ к необходимому оборудованию и владеет всеми современными методами исследования структуры и свойств полимеров, необходимыми для реализации проекта: микроскопия, спектроскопия, ДСК, рентгеноструктурный анализ, динамометрия, измерение контактных углов смачивания, паропроницаемости, программы для расчета параметров структуры, спектров и пр. Молодые члены коллектива являются полноправными и инициативными участниками работы, изучают литературу по теме проекта и активно участвуют в конференциях. Таким образом, предлагаемый проект, направленный на решение проблемы гидрофилизации промышленных полимеров, опирается на знания и опыт руководителя коллектива в сочетании с инициативой молодых авторов проекта.

В результате проведенных исследований и анализа полученных данных будут созданы новые материалы с контролируемым уровнем смачиваемости: от исходных гидрофобных (краевой угол смачивания 70-110 градусов) до гидрофильных (не более 30 градусов), в том числе с анизотропией смачивания; с новыми теплофизическими характеристиками (степень кристалличности, температура плавления) введенных кристаллизующихся полимеров вплоть до материалов с полностью подавленной кристаллизацией введенного компонента; композиты с инверсией матрицы (ПВС и ПКЛ) , будут получены полимерные материалы, способные сорбировать воду, но стабильные в водной среде, с паропроницаемостью более 800 г м-2сутки-1. Таким образом, ожидаемые практические результаты проекта заключаются в создании современных материалов с заданными функциональными свойствами путем гидрофилизации промышленных гидрофобных полимеров, что позволит расширить возможности и эффективность их практического применения в медицине, тканевой инженерии, системах доставки лекарственных средств, в косметологии, текстильной промышленности, в батареях, аккумуляторах, фильтрационных мембранах и т. д. Результаты проекта представляют научный интерес в области физической химии полимеров и материаловедения как способ решения проблемы формирования полимер-полимерных систем на основе термодинамически несовместимых компонентов и имеют практическую значимость как метод получения новых функциональных материалов.