Ученые ТПУ предложили легко масштабируемую технологию получения мембран из тефлона для медицины и новой энергетики

| 1070

Ученым Томского политехнического университета удалось с помощью метода электроспиннинга получить мембраны из политетрафторэтилена (тефлона) — самого химически стойкого полимера в природе. По словам ученых, это простой, доступный и легко масштабируемый метод, который позволит получать химически стойкие мембраны в промышленных объемах. Их можно использовать, в нефтехимической, авиакосмической, атомной отрасли, безуглеродной энергетике и медицине.

Фото: образцы мембран 

В журнале Journal of Fluorine Chemistry (IF: 2,332; Q1) опубликованы последние результаты исследований физико-химических свойств и биосовместимости полученных мембран. Их тестировали на клетках и лабораторных животных. Исследования подтвердили, что мембраны не отторгаются клетками и не разрушаются в биологической среде. В Томском политехе работу ведет междисциплинарный коллектив физиков и химиков.

«Нам был интересен сам материал и методы работы с ним. Тефлон — это полимер, содержащий фтор. Его и подобные соединения называют фторопластами. Они привлекают внимание ученых и промышленников именно инертностью — их можно использовать в агрессивных средах или там, где критична стабильность материала. Будь то водородный топливный элемент, работающих в условиях агрессивных сред, или медицинский имплантат внутри человеческого организма. То есть получать мембраны из тефлона очень перспективно, однако до сих пор в мире не существует крупнотоннажной технологии. Это или дорого, или очень трудоемко, хотя исходный материал — доступный», — говорит руководитель работ, научный сотрудник Научно-образовательного центра Б.П. Вейнберга ТПУ Евгений Больбасов.

Ученые Томского политеха использовали метод электроспиннинга. Это буквально вытягивание тончайших волокон из полимерного раствора под действием электрического поля. В результате получается «связанный» из полимерных нитей материал.

«Главное преимущество метода в том, что маленькая лабораторная установка по своей сути и протекающим процессам не отличается от промышленной. И все, что можно сделать в лаборатории, легко воспроизводимо на предприятии. Однако ранее считалось, что получить мембрану из тефлона с помощью электроспиннинга просто невозможно. Тефлон не вытягивается в нити. Чтобы решить эту проблему, мы добавили в цепочку синтеза промежуточное звено — поливиниловый спирт», — говорит ученый.

Процесс получения мембраны, описанный в статье, протекает в два этапа. Сначала очень мелкий порошок тефлона смешивается с поливиниловым спиртом. Получается раствор, который загружается в установку для электроспиннинга. Здесь из него вытягиваются тончайшие волокна, из них «прядется» белое пористое полотно. Это и есть мембрана. На втором этапе ее обжигают в печи при температуре около 400 °С. В печи полностью испаряется добавленный спирт, а сама мембрана немного темнеет. Весь процесс занимает не более трех часов.

Разработчики отмечают, что все исходные вещества, используемые для синтеза, — коммерчески доступные и производятся в России.

«У этих мембран широкий спектр потенциального применения. Нужна лишь масштабируемая технология. Промышленные способы получения мембран из фторопластов ищут в Европе, США, Китае, и у российских ученых есть возможность предложить коммерчески интересное решение. На наш взгляд, электроспиннинг — как раз такое.

Этот метод в десятки раз дешевле своих аналогов, позволяет легко управлять структурой порового пространства мембран, воспроизводимый и масштабируемый, что очень интересно потенциальным индустриальным партнерам», — говорит один из соавторов статьи, академик РАН Вячеслав Бузник.

«Сегодня основная задача политехников — показать возможности метода для решения конкретных прикладных задач. Задача непростая, она комплексная, и ее смогут решить только кросс-дисциплинарные команды материаловедов, химиков, физиков. Для нас принципиально важно, что сегодня все необходимые специалисты и компетенции есть в ТПУ, что позволит нам активно развивать это направление», — отмечает директор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Марина Трусова.