О гидрофобных покрытиях NanoReflector компании «Нанотэк Рус» и их производстве – от первого лица
Для успешного развития отечественного производства необходимо находить те направления и технологии, которые на шаг опережают существующие. К таковым относятся разработки в наноиндустрии. ИВАН ВЛАДИМИРОВИЧ КОРОЛЕВ, кандидат химических наук, химик-разработчик ООО «НАНОТЭК РУС», поделился своим видением нынешнего состояния и перспектив своей отрасли.
— Доброе утро, Иван. Хотелось бы сегодня поговорить с вами о новейших отечественных разработках, перспективах и успехах в области нанотехнологий.
—Здравствуйте, рад видеть вас в нашей лаборатории.
— У вас тут очень интересно! А что за странное устройство находится позади вас?
Это лабораторный реактор. Если простым языком, оборудование, которое выделяет и взращивает наночастицы в течение суток. На производстве стоят такие же, но уже промышленные, с гораздо большим объемом варения. Срок вынашивания частиц у них дольше (около недели).
— Почему в качестве основного направления деятельности были выбраны гидрофобные покрытия? Насколько оно развито в России?
—Это направление в России известно довольно давно. Развитие гидрофобных покрытий было заложено еще в советской науке Андриановым и другими авторами. В то время покрытия выпускали из отходов кремнийорганического производства. Однако приоритета в развитии этого направления тогда не было. Спустя годы на рынке появились покрытия на основе кремнийорганических составов нового поколения, которые обеспечивали более длительную защиту. Но все эти продукты были зарубежного производства, довольно дорогие, и не всегда качественные. Зачастую они не были приспособлены для хранения в наших погодных условиях, особенно при низкой температуре. С одной стороны, наша первоочередная задача заключалась в импортозамещении. С другой–в повышении ключевых характеристик продуктов для того, чтобыпревзойти качественные параметры импортных аналогов. По моему мнению, нам это удается– например, в отношении гидрофобных покрытий для стекла.
На самом деле перспектива для развития гидрофобных покрытий огромна. Развитие этого направления может дать серьёзные преимущества. Однако остаётся немало вопросов, решением которых мы и заняты. Одна из важнейших задач сегодня – это повышение устойчивости покрытия к внешней среде.
Стоит сказать о предыстории вопроса… В 90-е годы немецкий ботаник Вильгельм Бартлотт обнаружил, изучил и запатентовал «эффект лотоса». Он заключается в том, что этот цветок никогда не смачивается водой и всегда остаётся чистым. Этот эффект был исследован при помощи электронной микроскопии. В результате Бартлоттом было установлено, что поверхность лотоса содержит нанорельеф. Другими словами – это наношероховатости, сформированные ворсинками, имеющими микронный диапазон. А их покрывают ворсинки ещё меньшего, нанометрового диапазона. Кроме того, лепестки лотоса покрывает тонкий слой воска. Такая шероховатая структура и создаёт «эффект лотоса» – эффект супергидрофобности.
Капли воды при попадании на цветок приобретают идеальную сферическую форму. При этом она не соскальзывает по поверхности, а буквально катится по ней, захватывая попутно частицы пыли и очищая лепестки. Когда говорят, что поверхность лотоса имеет супергидрофобные свойства, имеют в виду именно это: лепестки вообще не смачиваются водой и не загрязняются. К тому же из-за минимальной площади контакта воды с поверхностью на ней не появляется наледь.
Краевой угол смачивания при этом – больше 150 градусов. Такая модель воспроизводится в лабораторных условиях. Но важно другое – чтобы она работала и в реальности. Мы уже создали прототипы таких супергидрофобных покрытий. Сегодня они активно разрабатываются и внедряются в бытовой сфере: в строительстве, в ЖКХ, авиастроении и ракетостроении, в космических разработках. Лакокрасочная отрасль – только одна из перспективных сфер применения покрытий.
Несколько видов защитных покрытий NanoReflector уже запущены в производство
— Есть разработки, которые уже используются в лакокрасочной отрасли?
— Несколько исследовательских институтов уже получили от нас заказ на исследования в сфере нанокерамических покрытий с повышенной прочностью. Кроме того, ведутся многочисленные испытания жидкого стекла для лакокрасочных поверхностей автомобилей.
— Каковы результаты сотрудничества с промышленными предприятиями в этом направлении в настоящее время?
— Сейчас мы разрабатываем продукты для лакокрасочных поверхностей, судостроительной отрасли, автомобильной промышленности и ЖКХ. В судостроении востребовано антиобрастающее покрытие. Днища кораблей обрастают илом и водорослями, что влияет на ходовые характеристики судна. Раз в год судно поднимают, очищают днище, снова красят. Суть технологии: супергидрофоб добавляется в краску, ею покрывается днище корабля. Необходимость ежегодно поднимать судно и очищать днище от микроорганизмов исчезнет. Такое покрытие служит от пяти до шести лет и способно принести колоссальную экономию.
В планах – выход на рынок покрытий для авиации, однако в этом направлении требуется больше времени для внедрения гидрофоба. Основным барьером является длительная сертификация продуктов (срок оформления — от четырех до пяти лет). На этот рынок выйти достаточно сложно. Но нами уже проводятся экспертизы, и уже лет через пять-шесть мы рассчитываем выйти на рынок.
— Судя по вашему производству, секретности химических рецептур в компании придают большое значение. Это действительно так?
—Вы абсолютно правы. Работникам производства известны только обозначения ингредиентов, процентное соотношение, в котором они должны быть смешаны, значения давления и температуры, длительность тех или иных этапов процесса. Скажем, у меня и у определённых сотрудников имеется доступ к полной рецептуре, она защищена подпиской о неразглашении.
И между прочим, даже крупные клиенты не имеют возможности посетить лабораторию или производство. Принцип организации работы таков, что заказы на базовые исследования у нас получают, как правило, разные, никакого отношения друг к другу не имеющие лаборатории – другими словами, «по кускам». Скажем, одно исследование для текстильного покрытия наша компания заказывала в институте в Германии, а другая фундаментальная часть исследования была заказана в исследовательской лаборатории в Израиле. Результаты были сведены нами воедино уже на месте.
—Какие еще продукты есть в ассортименте компании?
— В настоящий момент для потребителей мы предлагаем три продукта. Это состав для автомобилей, второй для одежды и обуви, третий предназначен для строительных материалов.
Суть нашей технологии заключается во взаимодействии модификатора, входящего в состав продукта, с функциональными группами поверхности, и образовании устойчивой химической связи между ними. В химии это называется поверхностная прививка. Именно это обеспечивает устойчивые поверхностные свойства. А сама функция обеспечивается за счет перфторированных радикалов. Получается прочный слой на поверхности. В ближайший год мы планируем выпустить пять различных продуктов, в том числе и усовершенствованный состав, предназначенный исключительно для лакокрасочных поверхностей.
— Мы только что обработали обувь вашим средством и вылили на нее кофе. То, что мы увидели, это есть водоотталкивающий эффект – это выглядит не только как инновация, но и как что-то невероятное. Это уже предел возможностей, или вы стремитесь к чему-то большему?
— Думаю, в химии никаких пределов не существует. Мы непрерывно совершенствуем уже созданные продукты. Практически каждый месяц мы получаем немного улучшенный продукт. Правда, на более длительном отрезке времени прогресс будет более заметен. Скажем, NanoReflector Automobile, созданный в 2015 году, от образца 2014 года будет отличаться радикально.
— Какие преимущества от использования вашей продукции получат потребители?
— Нужно говорить о каждом продукте отдельно. Например, если обработать автомобильные стёкла гидрофобным составом, то даже в сильный ливень у вас не будет проблем с видимостью. Вода, которая попадает на поверхность стекла, собирается в капельки, а не растекается по ней, а затем уносится потоком воздуха. Можно даже дворниками не пользоваться, и при этом повысить безопасность. Другой важный момент заключается в том, что теперь не нужно тщательно мыть стекло – достаточно сполоснуть его водой и протереть тряпкой. Наконец – насекомые, попавшие на лобовое стекло, уже не прилипают к нему. Зимой наледь на стекле минимальна и её легко убрать с поверхности.
Для строительных материалов использование гидрофобного покрытия несет следующий положительный момент. Строители знают, что осенью и зимой перепады температуры гораздо сильнее. Влага попадает в щели строительных материалов. Поскольку они имеют капиллярно-пористую структуру, вода пропитывает ее и вымывает материал. Помимо этого, днем замерзшая вода нагревается и расширяется, что увеличивает микротрещины. Таким образом, вода разрушает материал, сокращая его срок службы. При обработке гидрофобным составом, вода не проникает в материал, и не вымывает его. Соответственно, возрастает срок службы строительных материалов.
Ну, а преимущества от использования гидрофобных покрытий для тканей просто очевидны. Если вы случайно прольёте вино или кофе на платье – считайте, вечер испорчен. Но стоит обработать платье гидрофобным составом – и ему никакой кофе не страшен. Можно просто стряхнуть жидкость с поверхности, и платье снова чистое.
Особенности разработки и производства гидрофобных покрытий в компании «Нанотэк Рус»
— Иван, можно ли сказать, что «Нанотэк Рус» — первый из отечественных производителей этого направления?
— Если говорить об универсальных покрытиях нового поколения, то мы первые, кто на российском рынке производит такую продукцию. В автосегменте уже были представлены российские покрытия «антидождь», но они не работали на кузове автомобиля. Наше покрытие защищает как стекла, так и кузов автомобилей. Если говорить о строительных материалах, на рынке есть компании, которые занимаются гидроизоляцией. Правда, достаточной защиты они не обеспечивают, поскольку снижают влагопоглощение всего лишь в два раза, да ещё и меняют цвет изделия. Мы добились того, что влагопоглощение снижается в шесть раз. Причем не только вода не смачивает такие поверхности, но и различные масла и жиры. У нас не меняется цвет материала при обработке покрытием, и оно функционирует долго, проникая на 3,5 сантиметра вглубь материала, и образует прочный монолит.
—Вопрос довольно личный: вам не обидно находиться в тени ваших открытий?
— Если честно – нет. Гораздо важнее, что мои изобретения приносят людям пользу. К тому же эти изобретения не только мои: на этапе исследований я никак не участвую в работе, здесь работает множество лабораторий, получивших от нас заказ. Моя задача – у себя в лаборатории объединить воедино все элементы, результаты всех исследований.
— Вы могли бы подробнее рассказать о том, как выстраивается цепочка разработки составов?
—Могу раскрыть только цепочку, так как с секретностью у нас сами знаете.
—Допустим, принято решение создать покрытие с определёнными параметрами. Первое, что необходимо сделать – заказать ряд целевых исследований. Такие исследования, в основном, выполняют зарубежные институты. Причём каждая разработка в среднем требует от трех до пяти исследований. Это довольно затратно – тем более, что разработка любого из наших продуктов предполагает участие порядка 200 человек. Получив результаты их работы и соединив их, мы со специалистами начинаем сводить формулу воедино.
Как правило, в процессе такой «стыковки» возникают дополнительные вопросы – и для того, чтобы получить ответы, мы снова обращаемся к исследовательским центрам. Объём исследований, как правило, таков, что при наших возможностях они заняли бы несколько лет – поэтому приходится доверять фундаментальные исследования крупным институтам. А результаты необходимы в сжатые сроки. Любой, даже не самый крупный научный центр, способен провести исследование небольшой части нашей разработки, привлекая к этому штат в 50 человек.
Когда результаты сведены, заказывается сырье для первых испытаний. Оно преимущественно европейское, а кое-что завозится вообще из-за океана. Всё это поступает не сразу – в лучшем случае через 2 месяца. Получив сырье, делаем первые тесты. Если первые испытания окажутся успешными, запускаем процесс испытаний готового состава. Он проходит долго и может занимать до полугода. В процессе испытаний фиксируются все основные характеристики. И если мы приходим к выводу, что это именно то, что необходимо – заказываем крупную партию сырья для производства.
— Непростой процесс! И получается, что серьезное иностранное присутствие неизбежно – и на всех этапах разработки, и в процессе производства. Зарубежные исследования, зарубежное сырьё... Разве в России нет исполнителей и ресурсов для создания продукции столь высокого уровня, и привлечение иностранного сырья и интеллекта обязательно?
—Когда компания ставит планку в виде абсолютного качества и передовых технологий, становится невозможным работать в границах одной страны, потому что кто-то специализируется хорошо в одном, но не может предоставить другого. Поскольку мы выпускаем конечный продукт, мы должны выкачивать потенциал самого высокого уровня из всех, кто может его предоставить в любой точке мира, чтобы его сложить, и получить то, чем потом будешь действительно гордиться.
Например, если Израиль способен предоставить интеллектуальный ресурс – мы берём его там. Может поставить редкое и качественное сырьё? Если нет – мы находим его в Европе или где-то ещё. Те же гидрофобные покрытия: если лучшие из них производятся в России – значит, и надо брать их в России. Глобализация сегодня примерно так и срабатывает, и нет ничего странного в том, что каждое государство способно обеспечить качественную специализацию в каком-то узком направлении.
— А как же Китай? Мне кажется там делают все.
Да, считается, что Китай выпускает всё, что угодно. Но, во-первых, нет смысла сравнивать их и нас – там и людей больше раз в шесть. Попробуйте умножить то производственное разнообразие, которое представлено в России, и умножить его в 6 раз! Вы получите несколько таких Китаев, который выпускает абсолютно всё. Что же до нашей отрасли – тут Китай отстаёт лет на 10.
У нашей страны есть ресурсы, причем завидные. И не только интеллектуальные, но и те, что лежат под ногами. Но одна страна не может заниматься сразу всем и на самом высоком уровне – тем более, если её население составляет всего 147 миллионов человек.
