Бурлит хайтек на сковородке

Сковородка, главная героиня этого материала, принадлежит к той категории продуктов, которые с высокими технологиями не ассоциируются. Вот и наш редактор зевал от скуки и вяло доказывал, что несолидная это тема для рубрики «Наука и технологии». Чтобы втиснуться в поток серьезных публикаций о проекте «Сколково», реформе Академии наук и нанотехнологиях, Сковородке нужно было продемонстрировать какие-то особые заслуги перед отечественным хайтеком.

Бесхитростная на вид русская Сковородка, как выяснилось, сумела сформировать серьезную инженерную школу, трансформировать ряд лабораторных наработок в промышленные технологии и предъявить спрос на новейшие достижения фундаментальной науки. Ей также удалось вывести на массовый рынок разработки советской космической отрасли и сделать их основой своего технологического лидерства.

Без кислоты

Все началось с кризиса 1998 года, который разорил небольшое предприятие, выпускавшее сковородки с антипригарным покрытием на площадях питерского «Красного Выборжца». Новые собственники посудного заводика, решившие продолжить сковородочный бизнес, на тот момент мало что понимали в покрытиях, но деньги считать умели. Поэтому начали они с того, что стали искать дешевую отечественную замену импортному антипригарному покрытию, которое закупали их предшественники.

Основа любого антипригарного покрытия — фторполимер ПТФЭ (политетра­фторэтилен). Этот материал достаточно долго выдерживает высокую температуру (до 260 градусов) и воздействие агрессивных сред. Главным его потребителем всегда была оборонная промышленность. Но если в Советском Союзе ПТФЭ использовали только в технике (в качестве прокладок и уплотнителей для реакторов и трубопроводов химических производств, в виде твердой смазки для подшипников и т. д.), то на Западе он широко применялся и в быту — там еще в начале 1960?х заметили, что этот фторполимер не дает пище пригорать к сковородкам.

Собственное производство этого ценного материала в СССР было решено наладить в конце 1970?х. Причем производство, как сказали бы сейчас, — экологически чистое. Дело в том, что в процессе синтеза ПТФЭ по западной технологии используется перфтороктановая кислота. Незначительные количества этого токсичного вещества могут оставаться в полимере и после окончания технологического процесса.

Минхимпром СССР потребовал разработать промышленный способ получения ПТФЭ, не содержащего ядовитой кислоты. И советские химики с этой задачей справились. Выпуск нетоксичного фторполимера освоили два крупных химических комбината — в Кирово-Чепецке и в Перми. Его использовали и в космосе, и на земле. Так, для медицины из ПТФЭ делали клапаны для сердца, протезы сосудов, расходные материалы для аппаратов переливания крови и т. д. Все что угодно, только не покрытия для сковородок.

Первые полимерные суспензии (суспензия — это полуфабрикат, который можно нанести на какую-либо поверхность, то есть создать покрытие) на основе нетоксичного отечественного ПТФЭ появились только в 1990?х. Со своей рецептурой такой суспензии на рынок вышла и маленькая фирма «Сталафлон», которую создала в Екатеринбурге Алевтина Ладовская. Она одной из первых предложила «Нева металл посуде» (так назвали компанию, которой достались активы обанкротившегося посудного заводика) попробовать ее разработку в качестве антипригарного покрытия.

Питерцам предложение Ладовской понравилось. Сделанная на водной основе суспензия под названием «сталафлон» была абсолютно нетоксична — важный аргумент для предпринимателей, которые хотели делать такую посуду, которой им будет приятно и не страшно пользоваться самим. Поставки сталафлона начались с двух-трех бочек, которые Алевтина Ладовская раз в неделю передавала с проводниками поезда Екатеринбург—Санкт-Петербург. Однако первые партии сковородок с нанесенной суспензией пришлось отправить в брак: покрытие либо шло мелкими трещинами, либо быстро отслаивалось, либо вовсе не приставало к алюминиевой поверхности. Подвох, как выяснилось, крылся именно в чистоте суспензии — в том, что она не содержала токсичной кислоты.

Специалисты знают, что перфтороктановая кислота расправляет длинные цепочки молекул полимера, которые в обычном состоянии скатаны в клубки, поэтому суспензии, сделанные на Западе, легко ложатся на поверхность металла тонким слоем. А главное — перфтороктановая кислота обеспечивает сцепление полимера с металлом так, что покрытие держится на сковородке без дополнительных ухищрений. В отсутствие кислоты обе эти задачи нужно было решать как-то по-другому.

Антикислотная лихорадка

Хозяева «Нева металл посуды» (НМП) осознали, что без грамотных специалистов они с этим капризным сталафлоном не справятся, и начали собирать команду химиков. Им повезло: удалось быстро найти человека, который вот уже десять лет делает то, чего больше всего не любят делать наши фонтанирующие идеями ученые и инженеры, — ставит и скрупулезно отшлифовывает рутинные технологические процессы.

Мария Титова, химик с сорокалетним стажем работы в оборонке, никогда не имела дела с полимерными покрытиями. Ей было 57, когда пришлось осваивать сталафлон. Нужно было вместе с разработчиками довести до ума саму суспензию (выверить состав и добиться стабильного качества) и подобрать такие технологические режимы, при которых эта суспензия на металле отвердеет, превратившись в собственно покрытие, и впоследствии от него не отвалится. «Мы всеми силами старались вылизать рецептуру сталафлона, сохранить и внедрить именно ее, потому что она абсолютно безопасна», — вспоминает Мария Титова, старший технолог «Нева металл посуды».

На «вылизывание рецептуры» ушло почти два года — только к 2002?му из Екатеринбурга пошло стабильное качество, устраивавшее НМП. За те же два года была создана уникальная промышленная технология нанесения сталафлона на металл, наработана масса технологических нюансов, которые знает только Мария Титова. «Наша технология — это почти искусство. Нам это жутко не нравится, зато у нас нет перфтороктановой кислоты, — говорит Александр Шереметьев, учредитель и директор по экономике компании “Нева металл посуда”. — А стабильное качество у нас появилось только благодаря Марии Владимировне».

Научившись наносить нетоксичную суспензию на металл, НМП создала посуду высшего стандарта безопасности. «Покрытие, которое мы используем, относится к самому высокому, четвертому, классу безопасности. Лучше уже не бывает, — подчеркивает Ольга Иванова, коммерческий директор “Нева металл посуды”. — Кроме нас, наносить это покрытие не умеет никто. Мы гордимся тем, что мы единственные, кто работает с самым безопасным четвертым классом». Большинство производителей антипригарной посуды и за рубежом, и в России используют покрытия, содержащие либо перфтороктановую кислоту, либо другие токсичные компоненты, облегчающие нанесение суспензий на металл. Поэтому уровень безопасности даже лучших импортных покрытий — между вторым и третьим классами.

Сделав хорошее покрытие без ядовитых составляющих, «Нева металл посуда» попала в мировой тренд. После серии громких скандалов на тему «Сколько еще жить с перфтороктановой кислотой?» в США была инициирована программа, призывающая производителей покрытий к 2015 году исключить перфтороктановую кислоту из состава своей продукции. Началась «антикислотная лихорадка»: ведущие химические фирмы перебирают разные компоненты в поисках альтернативы канцерогенной кислоте. Рано или поздно они найдут ей замену, но питерскую компанию догонят не скоро. «Пытаясь вывести перфтороктановую кислоту, наши зарубежные коллеги оказались на том технологическом уровне, с которого мы начинали десять лет назад. Им предстоит долгая работа над рецептурами и режимами нанесения, — комментирует Мария Титова. — Мы этот этап уже прошли, мы ушли вперед».

Наследство «Бурана»

Следующий этап технологического роста компании связан с упрочнением покрытия. «Мы поставили перед собой цель, чтобы наше покрытие, оставаясь антипригарным, сравнялось по прочности со сталью», — говорит Александр Шереметьев.

И снова повезло: в Центральном НИИ материалов (ЦНИИМ) питерцы нашли специалиста, который разрабатывал покрытия для защиты узлов трения в экстремальных условиях. Эти покрытия предназначались для космической техники — марсоходов, спутниковых платформ, анализаторов грунта «Бигль», манипулятора многоразового корабля «Буран» и т. д. Одно из них особенно понравилось производителям посуды: по прочности оно не уступало стали и сохраняло свои свойства в большом диапазоне температур — от минус 250 до плюс 2000 градусов.

Владимира Николаевича, автора этой разработки, пригласили в НМП и поставили перед ним задачу: убрать из состава покрытия ряд химических компонентов, которые не вписывались в четвертый класс безопасности, сохранив при этом его высокую прочность и теплопроводность. Выполнить требования Сковородки оказалось не проще, чем техничес­кое задание программы «Буран».

На создание пищевой модификации космического покрытия и разработку нестандартного оборудования Николаевич потратил два года. Параллельно отрабатывалась технология нанесения нового состава в условиях конвейерного производства. В конечном итоге специалисты НМП научились формировать керамическую наплавку на поверхности алюминия с помощью электрофореза. Эта наплавка стала подложкой для сталафлона.

Сам сталафлон в ходе этого проекта тоже серьезно повзрослел — под требования НМП в Екатеринбурге усовершенствовали рецептуру фторполимера, чтобы он лучше срастался с керамикой. Обновленную суспензию нанесли на наплавку-подложку: высокопористая поверхность керамики отлично впитала фторполимер. В итоге получилось комбинированное покрытие толщиной 100 мкм (толщина обычного антипригарного покрытия 28–32 мкм), которое назвали «ТитаномПК» (см. «Структура полимер-керамического покрытия “ТитанПК”).

Посуда с инновационным покрытием появилась в магазинах в 2002 году. По эксплуатационным характеристикам сковородки с «ТитаномПК» намного превосходят своих соседок по полкам: покрытие настолько прочное, что можно тыкать в него вилкой, царапать ножом. «С “ТитаномПК” можно обращаться не так бережно, как с обычным антипригарным покрытием. Выбросьте деревянные лопатки — мы даем гарантию, что в течение трех лет вы не доберетесь до алюминия», — с гордостью говорит Александр Шереметьев. На самом деле посуда с “ТитаномПК” служит гораздо дольше трех лет, это многократно проверено. «“ТитанПК” — это антипригарное покрытие нового поколения. На рынке сегодня нет покрытий с такими высокими прочностными характеристиками и такого высокого уровня безопасности одновременно», — подчеркивает Ольга Иванова.

Не будь Сковородки, уникальный керамический материал, не раз выходивший в открытый космос, скорее всего, никогда не вышел бы на массовый рынок. Впрочем, наследством «Бурана» дело не ограничилось. Сковородка пошла дальше и подхватила еще одну инновационную разработку — метод плазменного напыления покрытий. «В 2005 году я разработал для “Нева металл посуды” технологию плазменного напыления интерметаллида титана на сковороды, — рассказывает Владимир Николаевич. — Базовую технологию и оборудование предоставили политехники (Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. — “Эксперт”). Совместно с ними мы создали участок напыления, где металлический порошок вносится в плазменную струю и распыляется на вращающуюся заготовку». Впоследствии НМП от интерметаллида титана отказалась — как и в случае с «космическим» покрытием, компанию не устроил низкий уровень безопасности этого материала. Сейчас «Нева металл посуда» использует другие, более инертные металлы.

Уникальный плазменный аппарат уже три года исправно работает в цехе завода НМП — напыляет металлическую подложку на корпуса сковородок из нержавеющей стали. На основе этой подложки, без которой фторполимер попросту отваливался бы от нержавейки, специалисты компании создали многослойное покрытие «АлмазНЕО» — тоже с повышенной износостойкостью (см. «Структура металл-полимерного покрытия “АлмазНЕО”).

«АлмазНЕО» — третий тип покрытия после «просто фторполимера» и полимер-керамики «ТитанПК», с которым научилась работать НМП. Умение наносить различные покрытия на металлическую основу стало ключевой компетенцией компании. А серия посуды под торговой маркой «АлмазНЕО» — еще одним успешным инновационным продуктом НМП.

Пространственная сшивка

Обе серии посуды — и с покрытием «ТитанПК», и с покрытием «АлмазНЕО» — продаются в верхней части среднего ценового сегмента. В этом году «Нева металл посуда» рассчитывает заработать на инновациях около 70% общего дохода, а суммарный оборот компании, как ожидается, превысит 1 млрд рублей (объем российского рынка антипригарной посуды, по оценкам, составляет 5,5 млрд рублей).

Пока «Нева металл посуда» занимает 50–60% среднего ценового сегмента литой металлической посуды и постепенно наращивает свое присутствие в нижней части премиум-сегмента. Компания намерена увеличивать свою долю за счет вытеснения с рынка России покрытий, содержащих перфтороктановую кислоту или другие токсичные компоненты. Ставку питерцы делают на высший стандарт безопасности своей посуды.

Далеко не все новые технологии проходят тест на этот стандарт. К примеру, в начале этого года Сковородка забраковала перспективную на первый взгляд возможность упрочнить фторполимерное покрытие углеродными нанотрубками. «Сейчас публикуется много научных работ на эту тему, и уже есть модифицированные полимеры, которые применяются в технике. Эффект достигается поразительный: нанотрубки скрепляют слои полимера, и покрытие становится очень прочным, — рассказывает Сергей Милешин, руководитель отдела покрытий. — А на антипригарные свойства покрытия нанотрубки не повлияют, потому что в верхний слой они не проникают».

Но когда стали разбираться с безопасностью этих наноупрочнителей, выяснилось, что там больше вопросов, чем ответов. «Нанотрубки из-за своих маленьких размеров могут проникать в клетки и накапливаться в области ядерной мембраны, отделяющей ядро клетки от цитоплазмы. И в конце концов они своими острыми краями разрывают эту мембрану, — объясняет Сергей Милешин. — Пока это все на уровне гипотез и предположений, но, тем не менее, очевидно, что риск существует. А оценить этот риск сегодня невозможно: никто не знает, сколько лет нужно пользоваться сковородой с таким покрытием, чтобы в организме накопилось некое критическое количество этих нанотрубок и в клетках начались необратимые изменения». Этой неопределенности оказалось достаточно, чтобы от нанотрубок отказаться.

Еще одну многообещающую возможность упрочнения своих покрытий НМП увидела в совсем свежих исследованиях, которые сейчас проводятся в одном известном научном центре. В процессе создания некоего нового материала ученые получили любопытный эффект — они обнаружили, что происходит пространственная сшивка молекул полимера, он становится гораздо более прочным. «Меняется структура полимера, и новая модифицированная пленка приобретает колоссальную прочность, — говорит Мария Титова. — А скольжение, то есть антипригарные свойства исходного полимера, сохраняется».

Сковородка уже заказала этому центру НИОКР, и следующие свои эксперименты ученые будут проводить на образцах покрытий НМП. Питерцы рассчитывают, что это научное открытие поможет совершить еще одну маленькую революцию в «антипригарной» области.

Не только сковородка

«Нева металл посуда» становится технологическим лидером в области сложных комбинированных покрытий на основе фторполимеров. Помимо интегрирования высоких технологий извне отдел новых разработок компании активно ведет собственные исследования — изучает разного рода добавки, которые могут способствовать упрочнению фторполимера. А в последние полгода специалисты НМП экспериментируют с металлокерамическими сплавами алюминия.

Фактически компания сформировала собственную инженерную школу фторполимерных покрытий. «Сегодня мы являемся самыми крупными в России специалистами по фторопластовым суспензиям, — говорит Сергей Милешин. — Потому что суспензиями на основе фторполимеров практически никто не занимается, фторопласты используются в основном в виде порошков».

За десять лет эта школа создала мощный научно-технологический задел в сфере упрочнения покрытий. А Сковородка все эти годы работала полигоном для обкатки инновационных идей и технических решений. Сейчас компания готовится распространить свои уникальные компетенции и наработанные технологии на другие области и рынки.

В ближайшие десять лет «Нева металл посуда» планирует создать собственное металлургическое производство: питерцы намерены наладить высокоточное литье из сплавов со спецсвойствами. «Крупные российские металлургические комбинаты льют в основном простые изделия из простых сплавов. Если требуется высокая точность и высокая сложность, если нужен особый металл — наши люди вынуждены ехать в Швецию, в Германию, в Италию, — говорит Александр Шереметьев. — Там такое литье делают такие же небольшие фирмы, как наша». Помимо собственно литья НМП готова делать металлообработку и придавать готовым деталям дополнительную ценность — наносить на них свои фирменные покрытия.

Такой проект потребует порядка 30 млн долларов инвестиций. Но в отличие от бытовой посуды точное литье из спецсплавов нужно главным образом высокотехнологичным производствам — это уже рынок хайтека, а там совсем другая добавленная стоимость. «Если рентабельность на рынке посуды составляет десять, максимум четырнадцать процентов, то на новом рынке мы легко сможем заработать пятьдесят процентов», — говорит Александр Шереметьев.