Нанотехнологии для производства кирпичей

Нанотехнологии в строительстве

За последние годы нанотехнологии стали причиной настоящего прорыва во многих сферах нашей жизни, начиная телекоммуникациями и заканчивая медициной. Так что было странно, если бы им не попытались найти применение в строительстве. Сейчас в Европе, США, Японии и Китае уже более 20% компаний-застройщиков активно используют в своей деятельности материалы, полученные с применением нанотехнологий. В связи с этим интересно посмотреть на «наноарсенал» зарубежных девелоперов и проанализировать возможности применения подобных инноваций в российской строительной отрасли.

Материалы будущего прямо сейчас

Использование нанотехнологий позволяет придавать традиционным строительным материалам небывалые прежде свойства. Одним из актуальных направлений разработок является применение ультрадисперсных, наноразмерных частиц для создания высокопрочных и долговечных бетонов. Работы здесь проводят крупнейшие европейские компании — «Зика» (Швейцария), BASF (Германия), «Майти» (Япония), «Элкем» (Норвегия). Согласно расчетам, бетон с применением наночастиц имеет срок службы до 500 лет. Эти материалы предназначены для строительства большепролетных мостов, небоскребов, защитных оболочек атомных реакторов и т.п.

Благодаря исследованиям ученых в области наномодификации металлов и сплавов была получена высокопрочная сталь, не имеющая аналогов по показателям прочности и вязкости. Этот материал идеально подходит для возведения разного рода дорожных и гидротехнических объектов. А композитные и полимерные нанопокрытия стальных конструкций многократно повышают их коррозионную стойкость и увеличивают срок службы даже в агрессивных средах.

«Создание новых конструкционных материалов для нужд строительной индустрии — это важная и актуальная задача. На данный момент строители уже применяют большое количество современных материалов, созданных с использованием нанотехнологий. Это и теплоизоляционные материалы, и новые краски, лаки, эмали, и многое другое. Отдельного внимания заслуживают конструкционные композиты — это широкий класс конструкционных материалов с полимерной, металлической или керамической матрицей. Типичным примером композитов являются углепластики — композиты с полимерной матрицей и углеволокнами», — отметил на онлайн-конференции «Применение нанотехнологий в строительстве» Сергей Калюжный, директор Департамента научно-технической экспертизы ГК «Роснано».

В 1990-е гг. немецким ботаником Вильгельмом Бартлоттом был открыт «эффект лотоса». Он заметил, что лепестки цветка покрыты воскообразным веществом, которое вырабатывается в железах растения и делает его совершенно неуязвимым для воды. Китайские ученые попытались сымитировать этот эффект с помощью нанопокрытия, которое использовали при возведении здания Большого национального театра в Пекине. Огромный яйцеобразный купол из стекла и титана благодаря этому покрытию не смачивается осадками и не подвержен загрязнению.

По мнению экспертов, наибольшим спросом в строительной отрасли в ближайшем будущем будут пользоваться такие материалы с применением нанотехнологий, как фасадные водонепроницаемые краски.

«Перед тем, как использовать новые материалы, созданные с использованием нанотехнологий, специалисты проводят целый ряд испытаний, чтобы проверить полученные учеными материалы на прочность, износостойкость, узнать эксплуатационные показатели, — говорит Владимир Николаенко, заместитель начальника производственно-технического отдела СК «КварталСтрой». — Ведь то, что создано в лабораторных условиях, далеко не всегда может подойти к использованию в реальной жизни. Поэтому так важно взаимодействие тех, кто изобретает, и тех, кто применяет на практике. Но уже сейчас, благодаря смелым идеям ученых, есть большой прорыв в области строительства. Например, использование нанотехнологий позволит строить дома, которые смогут простоять 300-400 лет».

Наноэкономия

Еще одно актуальное направление использования наноматериалов в строительстве — это энергосбережение. Так, полупрозрачные нанопокрытия, разработанные в Шанхайском центре науки и нанотехнологий, могут накапливать солнечную энергию. Эти пленки наносятся на окна и стены зданий, придавая им стильный вид и одновременно работая как солнечные батареи, тем самым снижая расходы на электроэнергию.

Интересные свойства имеют прозрачные наногели (аэрогели), открытые еще в начале ХХ века американским ученым Сэмюэлем Кистлером в Тихоокеанском колледже в Стоктоне (штат Калифорния). Эти материалы обладают высокими тепло- и звукоизоляционными характеристиками, и сейчас их активно используют в энергосберегающих кровельных системах верхнего света.
Стоит упомянуть и инновационное покрытие Cool-Colors для защиты цветных окон из ПВХ от инфракрасного (теплового) излучения. Благодаря особым пигментам эта пленка отражает до 80% инфракрасных лучей и препятствует перегреву конструкций.

«Если в ясный, солнечный день на улице +25°С, то цветные окна нагреваются в среднем до +50°С. Перегрев светопрозрачной конструкции под лучами солнца может привести к деформации рамы и, как следствие, к разгерметизации оконной системы», — рассказывает Лев Минуллин, директор по развитию компании PROPLEX (первого российского разработчика и крупнейшего производителя оконных ПВХ-систем по австрийским технологиям).

Инновационная пленка защищает окна и само помещение от перегрева, тем самым продлевает срок службы конструкции и снижает затраты электроэнергии на кондиционирование жилья. Используя данную пленку, компания PROPLEX выпускает сегодня ПВХ-профиль шести оттенков, среди которых — махагони, золотой и болотный дуб.

Подобное инновационное покрытие компания PROPLEX применяет и для изготовления оконных систем оттенка «серебристый металлик». Цветная пленка, наносимая на профиль при ламинации, придает будущей раме визуальный 3D-эффект. Он достигается за счет особого компонента покрытия — бриллиантовых красок. Их отличает насыщенный и чистый колер, а также способность изменять цвет в зависимости от угла освещения. Благодаря этому пленка воссоздает шлифованную металлическую поверхность и имитирует серебро, а раме готового окна придает трехмерный (3D) эффект.

Кроме того, при использовании бриллиантовых красок на поверхности пленки образуются микропоры, и покрытие на ощупь напоминает шагрень. Поэтому в ходе ламинации пленка полностью покрывает сложные по геометрии ПВХ-профили, повторяя их формы.

Нанотехнологии в России

Несмотря на то, что в нашей стране тема нанотехнологий популярна как никогда, реальных достижений в этой области пока немного. Дело в том, что за рубежом основной вклад в прикладные разработки в строительстве вносят научные подразделения промышленных корпораций, разработки которых базируются на исследованиях крупных научных центров. Российские строительные компании не в состоянии финансировать научные исследования в одиночку. Именно для финансирования подобных прикладных проектов в области нанотехнологий в 2007 году была создана госкорпорация «Роснано».

Одним из успешных проектов, который уже реализован в нашей стране, можно считать создание нанокомпозитных труб для систем отопления, водоснабжения и газоснабжения. Данной разработкой занимается компания «Экструзионные машины» совместно с учеными МГТУ им. Баумана. Они создали трубы, которые не только в несколько десятков раз превосходят аналоги по эксплуатационным характеристикам, но и отличаются невысокой стоимостью.

Еще одно направление, которое стоит отметить, — это производство строительной стеклопластиковой композитной арматуры. Ее считают перспективной альтернативой традиционному стальному аналогу. Лидером по выпуску данной продукции считается компания «Компарм». Как отмечают специалисты, инновационный материал обладает целым рядом уникальных свойств. Например, малым уделенным весом (в 4-5 раз меньше, чем у стали), высокой прочностью и химической стойкостью. Кроме того, композитная арматура является диэлектриком, не подвержена коррозии и имеет низкую теплопроводность. Ее можно применять в любом виде строительства.

В самом начале

Итак, результаты разработок в области нанотехнологий поражают воображение своим многообразием. Новые виды сталей, бетонов, инновационные покрытия для светопрозрачных конструкций и самоочищающиеся покрытия успешно используются в современной стройотрасли.

Россия хоть и находится на позициях догоняющего в области внедрения нанотехнологий в строительство, но отечественные ученые стараются не отставать от европейских коллег, предлагая новые разработки. Да и власти в последние годы уделяют повышенное внимание развитию прикладных нанотехнологий, инвестируя в реализацию новых проектов.

«Чтобы грамотно применять нанотехнологии в строительстве, необходимы высококвалифицированные кадры. А для их подготовки придется серьезно модернизировать образовательный процесс, — считает Александр Герасимов, аспирант Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. — Кроме того, нанотехнологии развиваются очень динамично и носят междисциплинарный характер. Поэтому необходимо непрерывное обучение. Как один из вариантов — создание открытой сети дистанционного образования».

Такие преобразования должны произойти уже в ближайшее время, чтобы преодолеть отставание России в области развития и применения нано.

Применение нанотехнологий в производстве порошковых красок

В последнее время разработаны и успешно применяются в производстве ЛКМ молекулярные нанотехнологии, в которых используются специальные нанороботы-сборщики, или ассемблеры. При изготовлении эмали сейчас используют фишинг-процесс. В водной пасте с ПАВ производится на обычных жерновых мельницах перетир пигментов. Этот процесс является переводом пигментов из водного состояния в органическое. После фишинг-процесса гидрофибизированная пигментная паста с помощью ПАВ и наноассемблеров смешивается с любой лаковой составляющей.

Этот процесс позволяет достигать любой модульной универсальности. С его помощью получается до 30 наименований продукции на одном оборудовании. Так же немаловажным является и получение измельчения компонентов до состояния первичных кристаллов, что является физико-химическим преимуществом перед другими технологиями. Все это в совокупности позволяет достигать высокой промышленной безопасности и экологической культуры производства.

С краскообразующими материалами все термохимические операции производятся без применения растворителей. Лаковая основа, являющаяся в чистом виде токсичным и пожароопасным компонентом, привлекающая к себе большое внимание противопожарного надзора и Роспотребнадзора, смешивается в условиях, удовлетворяющих надзорные органы, с краскообразующими компонентами.

В данный момент производство ЛКМ остается приблизительно на одном уровне, а доля ассемблеров растет. Это говорит о том, что предприятия все больше используют новые технологии в производстве ЛКМ.

Преимущества применения нанотехнологий в производстве ЛКМ

C помощью нанотехнологий можно в 6 раз увеличить экономию дорогостоящих компонентов. Например, при использовании наномонтажа наиболее популярных полимеров с помощью мезоцит-ассемблеров и хелацит-ассемблеров, достигается 6-кратная экономия пигмента двуокиси титана, взяв за основу голографическое увеличение показателей преломления света и применяя исходные молекулы жидкокристаллической смектической фазы С.

Известные технологии предусматривают многочасовое растворение полимеров, когда как применение нано-ассемблеров сокращает эту процедуру до нескольких минут. Такой прирост в скорости происходит из-за использования нано-ассемблеров, которые воздействуют на СООН-содержащие сополимеры (ПФ, ГФ или акриловые лакокрасочные материалы) в трехблочном сополимере (терцет).

Акриловый сополимер трансформируется в органическую стадию, приобретая, в зависимости от требуемых эффектов, двуосность (кристаллическое строение), и образует смектик С, включающий спиральные блоки.

В России сейчас только путем высокотемпературного синтеза арокси-концевых групп изготавливают термостойкие кремнийорганические соединения, способные выдержать мемпературу до 530 градусов. Для этого применяются технологии наносборки с помощью ТБХА-ассемблеров, которая производится из омегадиметилсилоксандиола при комнатной температуре.

Мастика с низким коэффициентом внутреннего трения получают с помощью многофункционального крестолина-ассемблера. Они легко перемешиваются с обычными мастиками, что позволяет снижать затраты энергии для производства, при этом сохраняется при низких температурах требуемая эластичность. При этом расход растворителя одновременно снижен до 10%.

Резинобитумные и каучукобитумные мастики, например мастика АПМ, являются композициями, которые сочетают высокую стойкость и долговечность, являются высокоэластичными, влагонепроницаемыми и газонепроницаемыми, обладают относительно небольшой стоимостью. Для получения необходимого для работы состава и плотности в мастики добавляют в большом количестве растворители.

После испарения растворителей формируется композиционный материал с требуемыми свойствами. Применяя нано-ассемблера Крестолина, можно обеспечить скольжение относительно друг друга внутренних элементов мастики. Он образует структурную сетку (реопексию), которая и обеспечивает прочность и эластичность при достаточно низких температурах.

Использование турмалин-ассемблеров и крестолин-ассемблеров позволило получить, используя дорогое тунговое масло, высококачественные пленки ЛКМ. Это масло превосходит по качеству подсолнечное, конопляное и льняное масла. По твердости такая пленка не уступает пленке алкидного лака ПФ-170. Такие качества пленки помогают достигать точного молекулярного производства, в котором применяют нанотехнологии.

Так же пленки олифы, полученные по этой технологии, лучше, чем пленки лаков обычных олиф и ПФ по параметрам светостойкости. На испытательных стендах краски на основе такой олифы выдерживают испытания более 2 сезонов подряд под воздействием прямых солнечных лучей. В соответствии с ГОСТ-21903 на стенде для ускоренного испытания УФ-светостойкости пленка белой краски проходит испытания, не изменяя цвет более 8 часов подряд.

Применение нанотехнологий позволяет существенно снизить вредность производства. Это достигается путем исключения такой традиционной операции для получения олиф, как продолжительная продувка подогретого до 190 градусов масла, протекающая на протяжении нескольких часов. При применении нанотехнологий не выделяется акролеин, очень вредное, токсичное вещество, использование которого является недостатком в традиционном производственном процессе алкидных лаков и олифы.

Потребительские свойства ЛКМ

Нанотехнологии позволяют улучшить потребительские свойства лакокрасочных и огнезащитных материалов. Для достижения стойкости к атмосферным осадкам лучшие традиционные ВД-краски требуют соблюдения срока сушки до 10 дней, когда как применение нанотехнологий в новых красках сокращает срок воздушной сушки и получение стойкой к смыванию пленки всего до суток.

Нанотехнологии обеспечивают ограничение впитывания при нанесении на пористую поверхность пигментных наполнителей и полимерных компонент ВД-красок. Такими поверхностями являются штукатурка, бетон, кирпич. Так же этому воздействию подвергаются и органические поверхности, такие, как бумага и дерево. Одновременно у этих полимерных компонент возрастает адгезия к этим материалам.

Нанотехнологии увеличивают покрывающую способность композиций. За счет этого возможно увеличить экономию дорогих пигментов для органирастворимых красок в 6 раз, а для ВД-красок в 4 раза.

Применение нанотехнологий устраняет низкий коэффициент “отлипа”. Это обусловлено наличием низкомолекулярных жирных кислот (вацинальных ОН-групп) в составе.

Нанотехнологии снабжают фон окрашенных поверхностей большого размера равномерностью цвета.

Полученные с помощью молекулярных нанотехнологий краски на основе олифы обладают таким же уровнем светостойкости, что и пленки алкидных лаков.

Нанотехнологии позволяют получать из уже известных молекул новые соединения, отличающиеся как количественно, так и качественно. Это становится достижимым благодаря применению программ ассемблеров или благодаря введению в их структуры иных заместителей-эффекторов.

Экономическая эффективность нанотехнологий при производстве ЛКМ

Переход любого производства на молекулярные технологии снижает его энергоемкость. Если вместо макротехногенной технологии с металлоемким м энергоемким оборудованием применять молеклярнуе нанотехнологии, то можно снизить энергоемкость производства 1 тонны продукции с 190 кВт/ч до 61 кВт/ч.

При этом рентабельность такого производства возрастает до 100%. Это позволяет обеспечивать компактность производства, то есть сосредоточить на площади 100 кв. метров выпуск более 20 видов продукции. Так же применение таких технологий повышают культуру и безопасность производства.

Несомненна вся перспективность разработок в данной области. В настоящее время в России уже идет подготовка к производству наиболее долговечного для дорожных покрытий нано-модифицированного бетона и асфальта, а так же материалов специального назначения.

Бизнес-идея: производство кирпичей. Технология и установка для производства кирпичей

Кирпич на сегодняшний день является одним из лучших и самых распространенных строительных материалов. Его используют как частные строители, так и профессиональные компании. Имеются мелкие и крупные предприятия, которые занимаются изготовлением и продажей данных изделий. Вы тоже можете создать собственный бизнес, который будет удовлетворять вашим требованиям, а также станет источником дохода. Однако для получения качественного кирпича необходимо соблюдать технические условия и придерживаться процесса изготовления. Производство кирпичей в домашних условиях не предполагает применения дорогостоящего оборудования. В качестве самого важного условия выступает правильная подготовка сырья.

Особенности изготовления

Формами могут стать доски, которые предварительно сбиваются между собой. В последующем в них помещается сырье. Следует выполнить формы таких размеров, чтобы готовое изделие соответствовало по габаритам и внешнему виду традиционному кирпичу, который имеет габариты в пределах 25x12x6,5 см. Крышка позволит осуществить трамбовку сырья, которое укладывается в формы. Производство кирпичей будет осуществляться быстрее, если изготовить несколько шаблонов.

Технология проведения работ

Внутреннюю сторону формы заблаговременно необходимо смочить или присыпать сухим цементом. Далее укладывается приготовленный раствор. По мере заполнения формы нужно утрамбовывать смесь, чтобы все углы и пустоты оказались заполнены. Излишки раствора следует удалить шпателем. Далее наступает черед крышки, которая укладывается сверху. На следующем этапе выжидается определенное время, после истечения которого нужно перевернуть форму и вынуть полученный полуфабрикат. Помещение следует обустроить стеллажами под навесом, на которые предстоит укладывать кирпич для высушивания. Естественная усадка будет происходить в пределах 15 %. На этом этапе происходит испарение воды. Это становится катализатором сближения веществ в смеси.

При этом следует исключить воздействие на изделия прямых солнечных лучей. Производство кирпичей осуществляется в помещении, которое хорошо проветривается. Просушка длится от 7 до 14 суток. Необходимо помнить о том, что изготовление кирпича без обжига является одним из самых быстрых и простых методов получения описываемого строительного материала. В качестве единственного, но важного недостатка рассматривается то, что полученные изделия можно будет использовать только лишь для формирования перегородок внутри помещений. Это обусловлено тем, что влажность может оказывать на них разрушающее воздействие.

Область использования сырца

Применять сырец можно будет при обустройстве перегородок и стен, которые станут располагаться внутри зданий. Это могут быть и постройки, а также бани, которые применяются в хозяйственных целях. Однако при этом в обязательном порядке нужно будет выполнить гидроизоляцию изнутри. Применять данный материал можно и при возведении капитальных стен в постройках, которые обладают одним этажом. При этом крыша должна быть деревянной.

Проведение обжига кирпича

Производство кирпичей в домашних условиях предполагает на следующем этапе осуществление обжига. Это позволит получить качественный строительный материал. В условиях промышленных предприятий для этого применяются специальные печи. Тогда как при самостоятельном изготовлении вы можете соорудить изделие, которое изготавливается из имеющихся в наличии материалов. Для этого в грунте следует подготовить углубление до 0,5 метра. Над ним с отступлением от дна 20 см следует установить металлическую бочку, которая лишена дна. В стенках емкости следует проделать отверстия, в которых устанавливается арматура. На полученную полку нужно уложить полуфабрикаты, которые прошли предварительную сушку. Сверху бочка накрывается полотном металла. В подготовленном углублении следует развести костер.

Нюансы обжига

Технология производства кирпича предполагает соблюдение определенного температурного режима, чтобы готовое изделие получилось качественным. В течение первых восьми часов следует удерживать температуру в пределах 200 градусов. Процесс обжига осуществляется от 12 до 16 часов, в течение которых температура должна удерживаться от 800 до 1000 градусов. Следующие 4 часа температурный режим должен быть щадящим, от 500 до 600 градусов. Постепенная корректировка температуры позволит получить желаемый результат, исключив возникновение трещин. Развести костер можно с помощью угля или дров. Заполненная емкость должна остывать с хорошо закрытой крышкой. Только после этого можно будет высвободить кирпич, проверив его готовность.

Изготовление большого количества кирпича

Установка для производства кирпичей, а точнее для обжига, может предназначаться для более внушительного количества стройматериалов. Для этого обустраивается печь с использованием емкости. Ее форма должна напоминать конструкцию, зауженную кверху. В нее укладывается сырец, засыпается песком или грунтом, чтобы обеспечить теплоизоляцию. После внутри разводится костер, а температурный режим должен оставаться таким же, как тот, что был описан выше. Производство гиперпрессованного кирпича тоже возможно в домашних условиях. Для этого нужно будет использовать специальный станок, который сжимает подготовленную смесь в более плотную массу. Для работы не возникнет необходимости использовать электроэнергию. Тогда как процесс окажется достаточно простым.

Альтернативные варианты кирпича

Производство клинкерного кирпича предполагает использование несколько более сложного оборудования. Формирование изделий происходит по технологии полусухого прессования. При этом есть возможность сэкономить электроэнергию. При производстве используется вакуумный пресс, который иногда заменяется рычажным. В некоторых случаях мастера используют ленточную установку. После формирования заготовки кирпич поступает на сушку. Для этого применяются специальные электрокамины, которые поддерживают высокую температуру. В качестве самого важного сырьевого ингредиента выступает тугоплавкая глина. Ей свойственны пластичность и высокий температурный порог. При составлении раствора к ингредиентам добавляют оксиды металлов или минералы, которые относятся к группе каолинов. Это позволяет получить более крепкие изделия.

Изготовление керамического кирпича

Производство керамического кирпича в домашних условиях предполагает подготовку сырца, его формирование, а также последующий обжиг. Глина, добытая в карьере, не подходит в своем первоначальном виде для формирования качественного кирпича. Массу доводят до готовности, в процессе чего осуществляются мероприятия по обработке. Это может быть естественное или механическое воздействие. На этапе сушки понижается процент содержания влаги в изделиях до 6 %. Такой показатель нужен для того, чтобы во время обжига не образовались трещины, а также не деформировалась готовая продукция. Если используются камерные сушилки, то они будут способны обеспечить температуру в пределах от 120 до 150 градусов. В зависимости от влажности сырца, как правило, этот этап занимает не больше 3 дней. Завершающим этапом становится обжиг. Для его реализации будут необходимы кольцевые или туннельные печи.

Изготовление силикатного кирпича

Производство силикатного кирпича предполагает использование автоклавного синтеза. Для того чтобы изготовить одну единицу материала, будут необходимы 9 частей кварцевого песка, который предварительно просеивается, добавки, а также одна часть воздушной извести. Последний компонент обязательно должен быть специальным.

Нанотехнологии и наноматериалы для косметики нового поколения

Слово «нанотехнология» придумал и ввел профессор Токийского научного университета Норио Танигучи еще в 1974 году. По мнению Танигути, нанотехнология включает обработку, разделение, объединение и деформацию отдельных атомов и молекул вещества, при этом размер наномеханизма не должен превышать одного микрона, или тысячи нанометров.

В настоящее время под термином «нанотехнология» подразумевают совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, имеющие принципиально новые качества и позволяющие осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы макромасштаба. Практически, нано (от греч. nanos-карлик) – это миллиардная доля чего-либо, т.е. нанометр – это метр, поделенный на миллиард. Чтобы визуально можно было представить масштаб нанотехнологических объектов, сравните теннисный мяч и нашу планету – вот такая разница между обычным и нанотехнологическим устройством.

Еще в 1959 году американский физик Ричард Фейнман, лауреат Нобелевской премии, высказал предположение, что в скором времени многие материалы и устройства будут изготавливать на атомарном или молекулярном уровне, и что это поможет получать материалы с невиданными доселе свойствами. Однако лишь четверть века спустя, в 80-х годах, появилась измерительная и рабочая аппаратура, необходимая для обращения с наноразмерными объектами, — сканирующие зондовые микроскопы.

Появление новых материалов с новыми свойствами всегда играли большую роль в истории цивилизации, выполняя не только узкопроизводственные функции, но и социальные. Достаточно вспомнить, как сильно отличались каменный и бронзовый века, век пара и век электричества, атомной энергии и компьютеров.

По мнению многих экспертов, XXI век будет веком нанонауки и нанотехнологий и воздействие нанотехнологий на жизнь обещает иметь всеобщий характер, изменить экономику и затронуть все стороны быта, работы, социальных отношений. По сути нанотехнологии дают начало Третьей, невиданной по своему размаху Научно-технической революции (НТР-3) – появления новой реальности, которая изменит облик мира уже к концу первого десятилетия XХl века.

Основные особенности наноматериалов и технологии их получения

«Обычная» промышленность работает с тоннами и кубометрами, к чему все привыкли. Наноматериалы — продукт нанотехнологий — это нечто особое, что гораздо сложнее атомов и молекул, но как продукт высоких технологий не требует многотоннажного производства, поскольку даже один грамм такого вещества способен решить множество проблем. Это пример современной «гомеопатии», которая поставлена на вполне научную основу и глубоко продумана.

Наноматериалы — не один «универсальный» материал, это обширный класс множества различных материалов, объединяющий их различные семейства с практически интересными свойствами.

Заблуждением является и то, что наноматериалы — это просто очень мелкие, «нано» частицы. На самом деле, многие наноматериалы являются не отдельными частицами, они могут представлять собой сложные микро и макро объекты, которые наноструктурированы на поверхности или в объеме. Такие наноструктуры можно рассматривать в качестве особого состояния вещества, так как свойства материалов, образованных с участием структурных элементов с наноразмерами, не идентичны свойствам обычного вещества.

Изменения основных характеристик веществ и материалов обусловлены не только малостью размеров, но и проявлением квантовомеханических эффектов при доминирующей роли поверхностей раздела. Эти эффекты наступают при таком критическом размере, который соизмерим с так называемым корреляционным радиусом того или иного физического явления (например, с длиной свободного пробега электронов, размерами магнитного домена или зародыша твердой фазы и др.).

Важной особенностью металлических наноматериалов, играющей ключевую роль при их использовании медицине, косметике, пищевой промышленности, АПК, является низкая токсичность этих наноматериалов, обнаруженная российскими учеными. Так, оказалось что токсичность наночастиц металлов во много раз меньше токсичности ионов металлов: медь в 7 раз, цинк в 30 раз, а железо в целых 40 раз. Это проверено на многочисленных экспериментах с соблюдениями всех норм.

В настоящее время существуют десятки способов получения металлических наноматериалов, которые условно можно разделить на две группы: химические способы и физические способы.

Металлические наноматериалы, полученные с помощью химических способов, практически всегда несут в себе не лучшую “наследственность” исходных химических соединений, что делает проблемным их использование в отраслях с жесткими требованиями к чистоте используемых материалов, в том числе и в агропромышленном комплексе.

Наиболее приемлемыми для таких отраслей являются металлические наноматериалы, полученные с помощью нанотехнологий, основанных на использовании физических явлений.

Физическими способами получения металлических наноматериалов владеет лишь незначительная часть компаний-производителей наноматериалов, расположенных, в основном, в США, Великобритании, Германии, России, Украине. При этом, как Россия, так и Украина занимают ведущее место в этом направлении получения наноматериалов. Более того, Украина, благодаря разработке целой группы нанотехнологий — эрозионно-взрывных нанотехнологий получения наноматериалов, имеет возможности выйти в мировую группу ведущих производителей наноматериалов в целом. К настоящему времени применительно к большой группе наноматериалов на основе металлов Au, Ag, Cu, Co, Mn, Mg, Zn, Mo, Fe, получены технические условия (ТУ У 24.6-35291116-001:2007) и налажено их производство отечественным производителем.

Наноматериалы для косметики нового поколения

Особый интерес для косметики среди новых наноматериалов, синтезированных с помощью эрозионно-взрывных технологий, представляют высококоординационные анионоподобные аквахелаты нанометаллов, которые являются наиболее перспективными для применения в биосистемах в силу своих нетоксичности, хорошей биосовместимости с живой клеткой, а также своих антиоксидантных свойств.

Высококоординационные аквахелаты нанометаллов — это аналоги комплексных соединений, состоящие из комплексообразователя, которым являются одна или несколько наночастиц, имеющих поверхностный электрический заряд, и лигандов, в качестве которых используются молекулы воды. Поверхностный электрический заряд у наночастиц создают посредством взрывной электронной эмиссии с поверхности проводника при эрозионно-взрывном диспергировании металла. При этом образуются мощные потоки электронов. Наночастицы, находясь в потоке электронов, приобретают на своей поверхности электрический заряд со знаком “минус”.

В аквахелатах в роли лигандов выступают молекулы воды. При этом количество лиганд-молекул воды есть координационное число, которое определяется количеством пар электронов, находящихся на поверхности наночастицы. Эрозионно-взрывные нанотехнологии дают возможность получать аквахелатные комплексы нанометаллов с координационным числом больше 12. Это достигается электризацией наночастиц. При этом сферическая форма наночастиц позволяет получить равномерный электрический заряд на ее поверхности, что создает условия для плотного окружения наночастицы молекулами воды, представляющими собой диполи с зарядами со знаком “плюс”, расположенными на ядрах водорода. Хелатирование наночастицы молекулами воды позволяет аквахелату легко проникать через мембраны клеток, а наночастице легко “раскрываться”, что создает условие для его высокой активности.

Очень перспективными для использования в косметических препаратах являются также гидратированные и карботированные наночастицы, содержащие в качестве лигандов молекулы воды и молекулы биологически совместимых карбоновых кислот, например, лимонной кислоты, участвующей в цикле Кребса. Такие наноматериалы получают замещением, по меньшей мере, одного лиганда в гидратной оболочке гидратированной наночастицы молекулой карбоновой кислоты, и лиганды образуют вокруг наночастицы-ядра смешанную наногидратную и нанокарбоксилатную оболочку.

Молекулы карбоновой кислоты в нанокарбоксилатной оболочке и молекулы воды в наногидратной оболочке образуют отрицательно заряженный наружный слой в смешанной наногидратной и нанокарбоксилатной оболочке. Хелатирование наночастиц-ядер одновременно наногидратной и нанокарбоксилатной оболочками усиливает возможности наночастиц легко проникать через мембраны клеток и легко «раскрываться» из оболочек, что создает условие для их высокой активности при сохранении высокой экологической чистоты. Это позволяет использовать такие наночастицы внутри клеточных мембран для усиления или торможения определенных метаболических процессов или оказывать влияние на физические свойства клеток, тканей одноклеточных и многоклеточных организмов.

Гидратированные и карботированные наночастицы можно использовать как эффективную транспортную систему для переноса разнообразных биогенных металлов через клеточные мембраны. Например, их можно добавлять в растворы, в которых хранятся или выращиваются клетки или ткани. В случае многоклеточных организмов, особенно млекопитающих, можно приготавливать соединения аквахелатов в виде пищевых продуктов, напитков, мазей, кремов, шампуней, средств ухода за волосами, глазных и ушных капель, жидкостей для полоскания рта, зубных паст, губной помады, дезодорантов, носовых растворов и аэрозолей, кожных мазей, инъекционных растворов и т.д.

В настоящее время нами уже получены гидратированные и карботированные (цитратированные) наночастицы благородных и основных биогенных металлов: аквацитронаносеребро, аквацитронанозолото, аквацитронаномедь, аквацитронаномагний, аквацитронаномарганец, аквацитронаножелезо, аквацитронаноцинк, аквацитронанокобальт, аквацитронаномолибден.

Биогенные металлы играют исключительно важную роль в организме человека и их получение в экологически чистой и биологически совместимой форме трудно переоценить. Биологическая роль микроэлементов многообразна: они участвуют практически во всех видах обмена веществ организма. Они являются кофакторами многих ферментов, гормонов, витаминов, участвуют в процессах кроветворения, роста, размножения, дифференцировки и стабилизации клеточных мембран, тканевом дыхании, иммунных реакциях и многих других процессах. Микроэлементы в косметике попадают в организм через кожу, минуя пищеварительный тракт. Это связано с тем, что наночастицы легко проникают через мембраны клеток.

До недавнего времени серебро практически не применялось в косметологии из-за сложности и невероятной дороговизны получения неионных растворов. Научно-технологический прогресс XXI века и бурное развитие технологий оперирования веществом на уровне атомов, позволили украинским ученым получить ту форму и те параметры серебра, к которым так долго стремились передовые производители.

— сверхбыстрое заживление ран, ожогов, нарывов;
— профилактика грибковых и угревых заболеваний;
— стимулирование иммунной системы и процессов регенерации клеток;
— тонизирующий и восстанавливающий эффект;
— антиаллергенное действие.

Благодаря изобретению принципиально нового способа получения наночастиц физическим способом (описание технологии доступно на сайте: http://nanosvit.com/load/8-1-0-7), была создана серьезная конкуренция всему ряду химических серебросодержащих препаратов, которые практически всегда несут в себе не лучшую наследственность (о чем часто умалчивают производители и на что редко обращает внимание потребитель).

— Используемая технология производства коллоидного серебра учитывает все последние стандарты и требования, определенные мировым сообществом:
— в процессе производства наночастиц используется только банковское серебро (99,9%) и вода высшей степени очистки, что гарантирует чистоту и безопасность препарата;
— наночастицы серебра находятся в нановодной оболочке (наношарик серебра «облепленный» молекулами воды). Стабилизация водой обеспечивает максимальную биосовместимость наночастицы с живыми организмами в противовес распространенному в наши дни способу стабилизации сложными полимерами;
— за счет своих физико-химических свойств наночастицы серебра в коллоидном растворе нейтральны по отношению к другим соединениям и могут безболезненно вводится в косметические и гигиенические средства (лосьоны, кремы, гели, шампуни, бальзамы, маски и др.)

Благодаря освоенным технологиям производства наноматериалов в промышленных объемах, удалось обеспечить конкурентную стоимость коллоидного раствора наночастиц серебра и сделать его доступным для регулярного использования.

Наносеребро

Дезинфицирующие свойства серебра проявляются через его поверхность, которая контактирует со средой. Чем большая и более активная поверхность – тем сильней её дезинфицирующий эффект.

Украинскими учеными была разработана передовая технология получения наночастиц серебра, диаметр которых в десятки тысяч раз меньше, чем толщина волоса человека. В тоже время эффективная поверхность контакта в десятки и сотни тысяч раз превышает поверхность контакта целостного вещества такой же массы.

Коллоидный раствор наночастиц серебра — это двухкомпонентный коллоидный раствор, который состоит из наночастиц серебра и воды высшей степени очистки. Наночастицы в нановодной оболочке воспринимаются клетками человеческого организма как природный биосовместимый компонент.