Лаборатории

Лаборатория структурно-морфологических исследований

Научное направление: Физикохимия нано- и супрамолекулярных систем

Руководитель лаборатории: к.х.н. ШАПАГИН Алексей Викторович

Сайт лаборатории: http://techno-poisk.ru/

Адрес: Ленинский проспект, 31 корп.4, Москва, 119071

Телефон: +7 (495) 955-46-53

Факс: +7 (495) 952-53-08

Фундаментальные и прикладные направления исследований лаборатории

Фазовые равновесия в полимерных системах

Термодинамика смешения в растворах, расплавах и смесях полимеров

Диффузионные явления в полимерах

Электронная микроскопия, лазерная интерферометрия, рентгеновский микроанализ

Структурно-морфологические и прочностные свойства полимерных систем

Полимерное материаловедение

Адгезионные взаимодействия и адгезивы

Педагогическая деятельность

Историческая справка

Лаборатория была основа в ИФХ РАН в 1976 году А.Е. Чалых и А.П. Захаровым на базе кабинета электронной микроскопии.

В период с 1976 по 1987 г.г. основное внимание уделялось развитию методов препарирования полимерных объектов для изучения их надмолекулярной и фазовой структуры. В это время были разработаны методы травления полимеров в плазме кислородного разряда, теплового прикрепления макромолекул и латексных частиц к поверхности подложки, низкотемпературных сколов эмульсий. Особое внимание было уделено развитию метода электронно-зондового рентгеноспектрального микроанализа.

В период с 1987 по 2005 г.г. основные работы лаборатории были направлены на проведение фундаментальных исследований в области фазовых равновесий в смесях полимеров. Исследовано более двухсот практически важных бинарных и трехкомпонентных систем в широком интервале температур, молекулярных масс и составов. Результаты обобщены в справочнике-монографии «Диаграммы фазового состояния полимерных систем» (А.Е. Чалых, В.К. Герасимов, Ю.М. Михайлов // М.: «Янус-К», 1998. – 216 с.). В настоящее время эти работы продолжаются в направлении как расширения объектов исследования – гомополимеров, сополимеров, градиентых и блоксополимеров, лекарственных препаратов и др., так и методов исследования – разработаны и используются методы ДСК, ДТГ, масс-спектрометрии, оптической микроскопии, ИК-спектроскопии, рефрактометрии и прочие.

В период с 2005 г. по настоящее время наряду с фазовыми исследованиями и определением термодинамики смешения компонентов, проводились изучения трансляционной подвижности макромолекул в различных полимерных системах и адгезионных соединениях. Принципиально новые результаты получены при изучении взаимодиффузии в системах волокно-связующее на разных стадиях отверждения последнего, в системах со сложной архитектурой макромолекулярных цепей (разветвленные, градиентные и блоксополимеры).

С момента основания лаборатория выпустила более 90 кандидатов наук, а за последние 10 лет в лаборатории подготовлены и защищены 3 докторских диссертации.

С 1976 по 2018 гг. заведующим лабораторией являлся д.х.н., проф., академик РАЕН Чалых Анатолий Евгеньевич. В настоящее время лабораторию возглавляет к.х.н. Шапагин Алексей Викторович. Научный коллектив лаборатории составляет 12 человек, из которых 3 имеют степень доктора наук, а 8 человек – кандидата наук.

Сотрудники

Шапагин Алексей Викторович
Aleksey V. Shapagin
зав. лаб.
в ИФХЭ РАН с 01.04.2003
к.х.н. (2004)
ResID L-7352-2017
https://istina.msu.ru/profile/Shapagin/

Чалых Анатолий Евгеньевич
Anatoly E. Chalykh
гл.н.с.
в ИФХЭ РАН с 05.09.1960
д.х.н. (1975), проф. (1978), ак. РАЕН (2001)
ResID E-6236-2014
https://istina.msu.ru/profile/chlykh/

Герасимов Владимир Константинович
Vladimir K. Gerasimov
вед.н.с.
в ИФХЭ РАН с 02.04.1979
д.х.н. (2012), доц.
ResID U-9535-2017
https://istina.msu.ru/profile/vladger/

Щербина Анна Анатольевна
Anna A. Shcherbina
ст.н.с.
в ИФХЭ РАН с 01.11.2003
д.х.н. (2016), доц. ResID D-9879-2013
ORCID: 0000-0002-6760-5640
https://istina.msu.ru/profile/Anna.Sherbina/

Алиев Али Джавад оглы
Ali D. Aliev
вед.н.с.
в ИФХЭ РАН с 09.04.1973
к.ф.-м.н. (1984)
ResID V-4641-2017
https://istina.msu.ru/profile/ali_aliev/

Никулова Ульяна Владимировна
Uliana V. Nikulova
ст.н.с.
в ИФХЭ РАН с 01.11.2006
к.х.н. (2006)
ResID H-6525-2017
ORCID 0000-0003-0070-3374
https://istina.msu.ru/profile/juju/

Петрова Татьяна Федоровна
Tatyana F. Petrova
н.с.
в ИФХЭ РАН с 16.01.2002
к.х.н. (1986)

ResID U-4231-2017
https://istina.msu.ru/profile/petrttt/

Степаненко Валентина Юрьевна
Valentina Yu. Stepanenko
н.с.
в ИФХЭ РАН с 08.08.1977
к.х.н. (1999)
ResID U-7617-2017
https://istina.msu.ru/profile/Stepanenkovu/

Хасбиуллин Рамиль Равилевич
Ramil R. Khasbiullin
н.с.
в ИФХЭ РАН с 01.11.2003
к.х.н. (2003)
ResID I-1221-2014
ORCID: 0000-0002-0294-713X
https://istina.msu.ru/profile/ramkin/

Будылин Никита Юрьевич
Nikita Yu. Budylin
н.с.
в ИФХЭ РАН с 16.11.2011
к.х.н. (2014)
ResID U-4216-2017
https://istina.msu.ru/profile/Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Потеряев Аркадий Анатольевич
Arkady A. Poteryaev
н.с.
в ИФХЭ РАН с 01.11.2018
к.х.н. (2018)

ResID T-3311-2018
https://istina.msu.ru/profile/essen_und_schlafen/

Матвеев Владимир Васильевич
Vladimir V. Matveev
н.с.
в ИФХЭ РАН с 18.10.1967
ResID U-4199-2017
https://istina.msu.ru/profile/matveevvl/

Аспиранты и студенты

Аспиранты:

Дудочкина Дарья Петровна (МАИ, 2016, аспирант 3-го года обучения ИФХЭ РАН)

Студенты: ФГБОУ ВО «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)» (МАИ):

4-й курс Янсон Андрей Иванович,
5-й курс Черевинский Антон Павлович,
5-й курс Беленькая Ольга Владимировна,

6-й курс Давыдов Денис Николаевич

Оборудование

Лаборатория располагает следующим оборудованием для научно-исследовательских работ:

Сканирующие электронные микроскопы JSM-U3 (Япония), SEM-500 (Голландия), снабженные рентгеноспектральными микроанализаторами WINEDEX (Германия) и EUMEX (Германия);
Просвечивающий электронный микроскоп EM-301 (Голландия);
Лазерный микроинтерференционный диффузиометр ОДА-2 (ИФХЭ РАН, Россия);
Прибор для измерения краевых углов смачивания EasyDrop (Германия).
Комплекс физико-механических исследований Zwick/Roell Z010 (Германия) с термокамерой от -70 до +250°С;
Оптический поляризационный микроскоп OLYMPUS BX51 (Япония);
Дифференциальный сканирующий калориметр Netzsch DSC 204 F1 Phoenix (Германия);
Вакуум-плотные микротермовесы Netzsch TG209F1 Iris (Германия) с системой анализа выделяющихся газов (квадрупольный масс-спектрометр) Netzsch QMS 403 D Aëolos (Германия);
Рефрактометр ATAGO NAR-2T (Япония);
ИК-Фурье микроскоп Nicolet iN10 (США);
Фотоколориметр КФК-3-01 (Россия).

Представленный перечень приборов позволяет проводить широкий круг физико-химических исследований и получать количественную информацию о фазовых равновесиях, фазовой структуре, коэффициентах диффузии, термодинамических параметрах смешения различных систем, а также оценивать их оптические, термохимические, деформационно-прочностные и адгезионные свойства.

Дополнительное оборудование, необходимое для проведения структурно-морфологичесих исследований методами электронной микроскопии и рентгеновского микроанализа:

Вакуумная установка для травления органических объектов в плазме кислородного разряда VACUUM EVAPORATOR (Япония);
Вакуумная установка для криофрактографических исследований ВУП-5 (СССР);
Ультразвуковой диспергатор УЗДН-2Т (СССР);
Ультрамикротомы LKB ULTROTOME III (Швеция) и Reichert-JUNG ULTRACUT E (США).

Услуги

Структурно-морфологические исследования различных этапов формирования привитых слоев в зависимости от дозы облучения и присутствия инициаторов.
Разработка методики изучения растворимости олигомеров в ориентированных полимерных материалах.
Разработка методики анализа радиальной функции распределения плотности сегментов в полимерном клубке.

Сотрудничество с отраслевой наукой

Лаборатория выполняла и выполняет фундаментальные и прикладные работы в интересах отраслевой науки и спецхимии. За последние 20 лет работы проводились в интересах организаций: ОАО Транснефть, ОАО Автофрамос/Renault, ОАО ГМК Норильский никель, Артконсалтинг, НУЦ "Робототехника" МГТУ им. Баумана, ОАО Лукойл, РKК Энергия, ООО Пента-силикон, МГУПП, НПО Пластмассы, НПО Полипластик, Daimler-Chrysler Group, Corium International Inc., ООО Зика/Sika Group, Dupont и др. В последние годы работы выполняются по договорам с ВЧ №68240, №35533, НПО «Союз», ЦНИИСМ, НИИ полимеров им. В.А. Каргина, НИИ ПМ им. Г.С. Петрова, НИИ ООО «Группа Полипластик»

Сотрудничество с высшей школой

Лаборатория активно сотрудничает ведущими ВУЗами: РХТУ им. Д.И. Менделеева, МАИ (НИУ), МТУ (МИТХТ), РЭУ им. Г.В. Плеханова. Наши сотрудники проводят лекции, семинары и лабораторные работы для студентов, а также руководят научными исследованиями по темам бакалаврских, магистерских и кандидатских работ. Регулярно выпускаются дипломные работы бакалавров и диссертации магистров по направлениям лаборатории. Ежегодно в лаборатории проводят исследования в рамках бакалаврских и магистерских диссертаций 2-3 студента старших курсов, многие из которых в последствие поступают в аспирантуру ИФХЭ РАН.

Предложения по сотрудничеству с ведущими российскими и иностранными компаниями

Коллектив лаборатории готов принять участие в проведении исследований для компаний, специализирующихся в области синтеза и переработки полимеров, модификации полимеров, старении и стабилизации, адгезии и аутогезии высокополимеров.

Основные научные результаты исследований

Разработаны и широко применяются диффузионные методы исследования фазового равновесия в полимерных системах. В основе методов лежит получение информации о концентрационных профилях в диффузионных зонах смешения полимеров, определение составов сосуществующих фаз и построение диаграмм фазового состояния. Для систем полимер-олигомер, полимер-пластификатор и т.д. предложено использовать метод оптической интерферометрии, для систем полимер-полимер, полимер-сополимер и сополимер-сополимер предложено использовать метод рентгеновского микроанализа. Результаты методических работ обобщены в монографии «Электронно-зондовый микроанализ в исследовании полимеров» (А.Е. Чалых, А.Д. Алиев, А.Е. Рубцов // М: «Наука», 1990, 192 с.).
Разработаны методы расчета и построения обобщенных диаграмм фазового состояния в полимерных системах. Методика расчета построена на определении температурной зависимости парных параметров взаимодействия компонентов систем, определении их температурных зависимостей, расчете свободной энергии смешения компонентов при различных температурах и составах. Результаты исследований обобщены в монографии «Диаграммы фазового состояния полимерных систем» (А.Е. Чалых, В.К. Герасимов, Ю.М. Михайлов // М.: «Янус-К», 1998. – 216 с.).
Разработана концепция переходных зон в адгезионных полимерных соединениях. Показано, что вся полученная в настоящее время совокупность экспериментальных данных может быть классифицирована по четырем направлениям: структурно-механические, структурно-градиентные, концентрационные и комбинированные переходные зоны. По предложенной классификации получена база экспериментальных данных адгезивов и адгезионных соединений. Результаты обобщены в монографии «Адгезия и аутогезия полимеров. Переходные зоны. Фазовые равновесия. Взаимо- и самодиффузия» (Щербина А.А., Чалых А.Е. // М: ООО «Сам Полиграфист», 2018. – 352 с.)
Синтезирована база данных по трансляционным коэффициентам диффузии газов, растворителей, пластификаторов, олигомеров и полимеров в поливинилхлориде, полиэтилене, полистироле и полиметилметакрилате. Показано, что энергия активации трансляционной диффузии макромолекул сравнима с энергией активации диффузии низкомолекулярных веществ, молекулярные массы которых сравнимы с молекулярной массой звена или его фрагмента. Предложен механизм диффузии, основанный на рептационной модели Де Жена и дополненный представлением о «мягкой стенке трубы». Результаты исследований представлены в виде статей в журналах «Высокомолекулярные соединения», «Клеи, герметики и технологии», «Handbook of pressure-sensitive adhesives and products» и др.
Обобщены многочисленные экспериментальные данные по фрагментам диаграмм фазового состояния в системах с НКТС: поливинилметиловый эфир – полистирол, поливинилкапролактам – вода и поливинилметиловый эфир – вода. Рассчитаны парные параметры взаимодействия, построены их температурные зависимости и впервые в практике физико-химических исследований показано, что полимер-полимерные системы могут обладать двумя бинодальными кривыми с НКТС и ВКТС. Результаты находятся в хорошем согласии с отдельными экспериментальными измерениями. Результаты исследований представлены в виде докладов на конференциях и статей в журналах.
Исследована кинетика травления полимерных материалов в плазме кислородного разряда. Определены энергетические характеристики протравленных поверхностей. Показано, что состояние модифицированной поверхности термодинамически неустойчиво. Исследована кинетика старения материалов, определены релаксационные характеристики, энергии активации перестроек, предложена диффузионная модель миграции функциональных групп с поверхностного слоя модифицированного полимера внутрь объема полимера.
Значительные достижения получены в области модификации линейных и сополимерных продуктов кремнийорганическими олигомерами и полимерами. Определены диаграммы фазового состояния, коэффициенты трансляционной подвижности кремнийорганических компонентов и впервые показано, что при эмульсионной полимеризации стирола и метилметакрилата в присутствии силоксановых стабилизаторов происходит процесс фазового расслаивания с выделением молекул силоксана на поверхность латексных частиц. Разработана методика определения профилей распределения плотности по сечению латексных частиц. Показано, что во всех случаях в присутствии модификатора формируется частица со структурой типа ядро-оболочка.

Публикации

Щербина А.А., Чалых А.Е. АДГЕЗИЯ И АУТОГЕЗИЯ ПОЛИМЕРОВ. ПЕРЕХОДНЫЕ ЗОНЫ. ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ. ВЗАИМО- И САМОДИФФУЗИЯ. – М: ООО «Сам Полиграфист», 2018. – 352 с. (ISBN 978-5-00077-803-6)

Книга посвящена новым достижениям в области физической и коллоидной химии, изучающей строение и свойства переходных зон адгезионных соединений, закономерности их формирования, идентификации механизма и характера разрушения. Наибольшее внимание в книге уделено критическому рассмотрению и разработке концепций, описывающих классификацию переходных зон в полимерных адгезионных соединениях с учетом совместимости компонентов, взаимодиффузии, концентрационных и структурных градиентных состояний, неравновесности структурно-морфологической организации, многокомпонентности и многофазности адгезивов, при разностороннем их сопоставлении с результатами экспериментов.

На примере адгезионных систем с аморфным расслоением, кристаллическим и ЖК-равновесием, сложным аморфно-кристаллическим равновесием описаны процессы формирования концентрационно-градиентных и структурно-градиентных переходных зон, определен вклад диффузионных процессов в формирование и разрушение адгезионных соединений; установлены закономерности эволюции прочности адгезионной связи трансдермальных систем с кожей на этапах формирования и эксплуатации соединений с учетом кинетики фазового распада адгезивов, миграции компонентов систем вулканизации, присутствия ингибиторов структурообразования. В книге обобщены экспериментальные данные по массообменным характеристикам адгезионных систем, релаксационным процессам в межфазных слоях, уточнены детали механизма трансляционной подвижности макромолекул в растворах и расплавах полимеров.

Чалых А.Е., Герасимов В.К., Михайлов Ю.М. ДИАГРАММЫ ФАЗОВОГО СОСТОЯНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ СИСТЕМ. М.: «Янус-К», 1998. – 216 с.

В справочнике приведены диаграммы фазового состояния бинарных и тройных полимерных систем, которые характеризуются различными типами фазовых равновесий: аморфным расслоением, кристаллическим и жидкокристаллическими равновесиями, сечетанием аморфного и кристаллического равновесий. Информация касается систем полимер-растворитель, олигомер, пластификатор, мономер, полимер. В справочнике обобщены экспериментальные диаграммы, полученные в период с 1989 по 1997 год.

Chalykh A.E., Shcherbina A. FUNDAMENTALS OF PRESSURE SENSITIVITY : HANDBOOK OF PRESSURE-SENSITIVE ADHESIVES AND PRODUCTS / Ed. by I. Benedek and M.M. Feldstein. − Boca Raton : CRC Press Taylor&Francis Group, 2009. − P. 3-1 – 3-32.
Кочнова З.А., Жаворонок Е.С., Чалых А.Е. ЭПОКСИДНЫЕ СМОЛЫ И ОТВЕРДИТЕЛИ: ПРОМЫШЛЕННЫЕ ПРОДУКТЫ. М: ООО «Пэйнт-Медиа», 2006. – 200 с.
Петрова А.П., Донской А.А., Чалых А.Е., Щербина А.А. КЛЕЯЩИЕ МАТЕРИАЛЫ. ГЕРМЕТИКИ: СПРАВОЧНИК. Под ред. А.П. Петровой. – СПб.: НПО «Профессионал», 2008 г. – 589 с.
Чалых А.Е., Шапагин А.В. ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ И ФАЗОВАЯ СТРУКТУРА ОТВЕРЖДЕННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ НАНОКОМПОЗИЦИЙ. В книге Современные проблемы физической химии наноматериалов. – М.: Издательская группа «Граница», 2008. – 576с. (стр. 118-140)
Чалых. А.Е., Герасимов В.К., Кулагина Г.С., Матвеев В.В. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА НАНОРАЗМЕРНЫХ ОРГАНО-НЕОРГАНИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРНЫХ СИСТЕМ. В книге Современные проблемы физической химии наноматериалов. – М.: Издательская группа «Граница», 2008. – 576с. (стр. 338-353)
Vishnevskii A. S., Chalykh A. E., Pisarev S. A., Gerasimov V. K. THE STRUCTURE OF INDIVIDUAL MACROMOLECULES OF BUTADIENE-STYRENE COPOLYMERS IN POLYSTYRENE MATRIX. Protection of metals and physical chemistry of surfaces. 2017. V. 53. №2. P. 241-247. DOI: 10.1134/S2070205117020265

Radial-density distribution functions of segments and radii of gyration are obtained for the first time with the example of systems of statistical butadiene-styrene rubber of different composition and polystyrene by the processing of electron-microscopy images of individual copolymer molecules. Linear correlation dependences of R = f(M (1/2)) are plotted. The possibility of quantitative determination of fluctuation deviation from the equilibrium radius value is demonstrated. A method of calculating the values of Flory-Huggins parameters for individual macromolecules and their assembly is suggested.

Ezhova A. A., Gritskova I. A., Chalykh A. E., Levachev S. M., Shragin D. I., Chvalun S. N., Malakhova Yu. N. and Muzafarov A. M. BEHAVIOR OF ORGANOSILICON SURFACTANTS IN LANGMUIR FILMS ON THE SURFACE OF WATER. Polymer Science, Series A, 2019, Vol. 61, No. 2, pp. 149–156. DOI: 10.1134/S0965545X19020044
Чалых А. Е., Герасимов В. К., Никулова У. В., Ежова А. А., Грицкова И. А. СТРУКТУРА ЛАТЕКСНЫХ ЧАСТИЦ ПОЛИСТИРОЛА ПО ДАННЫМ ЭЛЕКТРОННОЙ МИКРОСКОПИИ. Известия академии наук: Серия Химическая. 2019. №8. В печати.
Chalykh A.E., Petrova T.F., Khasbiullin R.R., Ozerin A.N. WATER SORPTION ON AND WATER DIFFUSION IN CHITIN AND CHITOSAN. Polymer Science. Series 2014. V. 56. №5. P. 614-622. DOI: 10.1134/S0965545X14050034
Chalykh A.E., Nikulova U.V. INTERDIFFUSION IN A POLYSTYRENE-POLY(VINYL METHYL ETHER) SYSTEM. Polymer Series A. 2011. V.53. №9. P.811-819. DOI: 10.1134/S0965545X11090021
Chalykh A.E., Nikulova U.V., Shcherbina A.A., Matveev V.V. PHASE EQUILIBRIA IN A POLYETHYLENE–POLYSTYRENE SYSTEM. Polymer Science. Series A. 2017. V.59. №1. P.107-115. DOI: 10.1134/S0965545X17010023

The method of optical interferometry is used to study the interaction of PE with PS in situ. On the basis of the obtained data, phase diagrams of the PE-PS system are constructed for a number of molecular masses of the components. For PE and PS oligomers, the UCMT values are determined. Pair parameters for the interaction of homopolymers are calculated, and their dependences on temperature and molecular mass are considered. The quantitative analysis of the behavior of high-molecular-mass fractions of PE and PS at high temperatures is carried out, and the regions of a partial compatibility of the components are predicted.

Shapagin A.V., Budylin N.Yu., Chalykh A.E. REGULATION OF A PHASE STRUCTURE AT THE INTERFACE IN EPOXY-POLYSULFONE SYSTEMS. RUSSIAN CHEMICAL BULLETIN. V.67. №12. P.2172-2177. DOI: 10.1007/s11172-018-2350-x

The influence of technological parameters on the formation of an interfacial diffusion region and a gradient heterogeneous structure during a curing reaction of epoxy-polysulfone system was studied. It was established that the three-step temperature curing process of the modified system allows regulating both the width of the interphase zone and the sizes of the dispersed phases in it.

Brantseva T.V., Solodilov V.I., Antonov S.V., Gorbunova I.Y., Korohin R.A., Shapagin A.V., Smirnova N.M. EPOXY MODIFICATION WITH POLY(VINYL ACETATE) AND POLY(VINYL BUTYRAL). I. STRUCTURE, THERMAL, AND MECHANICAL CHARACTERISTICS. Journal of applied polymer science. V.133. №41. Article number 44081. DOI: 10.1002/APP.44081

Гранты и договора

Грант РФФИ № 17-03-00197 «Фрактальная размерность наполненных полимерных систем и полимерных дисперсий»
НИР шифр «Тенза»
Программы Президиума: ОХНМ 4 и ОХНМ 7

ИФХЭ РАН