Главная    Конференция     ВИДЫ ХИМИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ПАТЕНТАХ
"ТРИЗ-Конференция - 2007" Список участников и тематика выступлений

ВИДЫ ХИМИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ПАТЕНТАХ

Михайлов В.А., Соснин Э.А.,
Россия, Чебоксары, Томск

Предлагается более 100 видов (способов, приёмов) химических эффектов, которые выявлены нами на массиве несколько тысяч патентов по химии и охране окружающей среды (экологии). Пока ещё слабо классифицированы патенты в области органической химии и полимеров - требуется помощь коллег. Учитываем фонд химэффектов, собранных Г.С. Альтшуллером, Ю.П. Саламатовым, И.Г. Девойно и др.

KINDS of the CHEMICAL EFFECTS USED in patents / Mikhailov V.A., Sosnin E.A., Russia

We propose more than 100 kinds (ways, receptions) of chemical effects which are drawn out by us in some thousand patents in chemistry and preservation of the environment (ecology). For the present time patents in the field of organic chemistry and polymers are poorly classified and we needs the help of colleagues. We also consider the fund of chemical effects, collected by G.S. Altshuller, Yu.P. Salamatov, I.G. Devojno, etc.

В течение 30 лет проводим вместе со студентами сбор патентов и технических решений в области химии и охраны окружающей среды (экологии), основанных на использовании химических эффектов при разрешениях физических противоречий задач. Первые примеры техрешений, основанных на использованиях химических эффектов и явлений, включены в систему 40 приёмов разрешения технических противоречий, разработанную Г.С. Альтшуллером, много видов и примеров применения в технике химэффектов рассмотрены в работах Ю.П. Саламатова и Чувашского университета [1-3]. В настоящее время в базу данных по использованию химэффектов в техрешениях (БД ХЭ) включены более 10 000 работ (1960 - 2007 гг.), основанных на применениях химических эффектов и явлений при решениях технических задач. Фрагмент этой БД ХЭ, включающий 1200 техрешений, всем доступен в сайте [17]. В этот фрагмент включены также 400 техрешений по материалам 17-го Менделеевского съезда химиков.

Ранее [1,2,4] были выделены 30 видов химических эффектов: принципы усиления окисления, инертности, изменения физико-химических параметров, ассоциации-диссоциации, сорбция-десорбция, газотранспортные реакции (карбонильные комплексы или летучие галогениды металлов), газогидраты, гидриды металлов, восстановление металлов, самораспространяющийся высокотемпературный синтез, кристаллогидраты солей, применения озона, фотохромные реакции и термохромные вещества, молекулярная самосборка, гидрофильные и гидрофобные вещества, мономолекулярный слой вещества, комплексоны, ПАВ, ВВ, клеи, электролиты, экзотермия, эндотермия и др.

Технические системы развиваются по определенным законам, используя которые можно ускорить поиск технических решений при развитии той или иной технологии. Методологическую базу [8] составляют законы эволюции целенаправленных систем (Г.С. Альтшуллер, 1973; Б.Л. Злотин, 1989, В.И. Корогодин, 1991). На их основе проанализировано развитие источников спонтанного излучения и даны рекомендации по созданию, совершенствованию и прогнозированию развития источников света. Все положения иллюстрированы примерами из фотоники и светотехники путём обобщения материала, содержащегося во многих книгах, патентах и статьях. Руководство для разработчиков источников спонтанного излучения адресовано научным работникам, инженерам, изучающим и конструирующим источники излучения, а также специалистам по проблемам творчества. Книга используется студентами университетов в учебных курсах по специальностям "Светотехника и источники света" и "Оптико-электронные приборы и системы". В работе [8] рассмотрены проявления семи законов развития техно-систем (ЗРТС) и 37 приёмов разрешения технических противоречий (из 40 приёмовРТП). Каждый приём РТП проиллюстрирован примерами техрешений по использованию УФ источников.

В работах [3,5-8,11,17] и БД ХЭ предложены около 100 видов и разновидностей химических эффектов, собранных в 10 групп: окисление-восстановление (13 видов), обмен и комплексообразование (8), применения растворов (8), синтез и распад (24), экологический мониторинг (12), технологии (15), энергообмен (10), гетерогенность (6), и экологические решения (10 видов). Пока в этой классификации преобладают ХЭ, основанные на процессах неорганической химии, и недостаточно учтены виды химических эффектов для процессов в органической химии, полимеризации и применений их продуктов. Для последних рассмотрены окисление, восстановление (включая электрохимию), сорбция, синтез, термораспад, синэргизм, возникающие реагенты и метод молекулярного их дозирования, полимеры, композиты, изомерия, квантовая активация реакций, катализ, термохимия, водорастворимость полимеров, макроциклы, спектрофотометрия и мембраны. Кажется существенным, что очень большое число процессов и явлений в органической химии попадает в вид "синтез" - полезную систему их более подробной классификации пока не удалось предложить.

В работах [10,12,13,14] рассмотрены 300 техрешений в области охраны окружающей среды (экологии), которые разделены на 5 групп: а) минимизация объёма и вредного характера отходов (30 примеров) за счёт изменений основных техпроцессов; б) переработка накопленных промышленностью отходов с получением полезных продуктов (12 примеров); в) очистка сточных вод промышленности: соосаждением и сорбцией, концентрирование примесей осадками и спекание с боросиликатами с добавками, использование отходов для очистки других отходов (90 примеров) и др.; г) очистка сбросных газов (50 примеров) с помощью катализаторов окисления и/или сорбентов, конденсации, промывки и электрополей; д) экологический мониторинг (140 примеров техрешений) на основе разных методов сбора, пробоотбора и анализа примесей: сорбции, экстракции, газовой хроматографии, фотометрии, люминесценции, рентгенофлуоресценции, био- и иммуно-химии.

Рассмотрена одна линия развития применений ХЭ в техрешениях [11]. Она включает активацию химических реакций: нагреванием общим и местным (3 патента), применением реагентов-посредников (5) или катализаторов (100), активацию реагентов в электрических полях (2) или облучением УФ-светом (10), резонансную активацию одного реагента полями (3), резонансную и одновременную активацию нескольких валентных связей ферментами-катализаторами. Эта линия проиллюстрирована небольшим числом (около 20) примеров-патентов. Кажется, необходимо при совершенствовании и активации химических процессов увеличить число и объёмы исследований и разработок в направлении одновременной, резонансной и многоэлектронной активации молекул (с тем, чтобы приблизиться к эффектам, достигнутым в природных, биологических реакциях синтеза).

Роль материалов (включая в их число и продукты химических процессов) рассмотрена в работе [12], в которой даётся также следующее определение: "Материал - это искусственно созданное и обработанное человеком вещество, или комбинация веществ, из которых состоит рассматриваемый объект. Свойства материала должны быть достаточны для выполнения объектом его полезного предназначения". В настоящее время всё больше применяют "умные" материалы [12,15], которые рассматривают как технические подсистемы (полные системы, использующие внешние воздействия как источник энергии для двигателя, трансмиссии, органа управления и рабочего органа), свёрнутые в рабочий орган (с преобразователем энергии на молекулярном уровне).

В настоящее время собрано по данным за 1960 - 2007 гг. из разных источников патентов и технических решений (как-то Реферативный журнал Химия, бюллетени изобретений СССР, РФ, ИСМ, сайт ФИПС РФ, сборники научных работ Экоаналитика, Менделеевских съездов и др.) более 10000 патентов и техрешений в химии, технике и экологии (общее число патентов в экологии превышает 3000). Предполагаем их классификации по уровням техрешений (от 0 до 5-го), приёмам (из системы 40 приёмов РТП Г. Альтшуллера), применениям стандартов РИЗ и способам, основанным на указателях использования физических и более 100 видов химических эффектов. Предполагаем, что такая систематическая работа приведёт к расширению круга (видов) химических эффектов, пригодных к применению для решений творческих задач в технике и экологии, к другим, пока неизвестным линиям развития систем, к развитию справочника и/или указателя, базы данных по использованию химических эффектов при решениях технических задач. Начали также собирать рефераты патентов РФ на английском языке (пока собрано свыше 1000 рефератов).

Предложены химические иллюстрации ко всем 40 приёмам РТП Г.С. Альтшуллера [18], основанные на широко известных реакциях и свойствах соединений и продуктов реакций. Эти примеры авторы предназначают для обучения ТРИЗ химиков (с использованием химических терминов). В этом же англоязычном Интернет-журнале ТРИЗ можно найти две статьи об экологических проблемах и ТРИЗ. В работе [19] предложено рассматривать изменения технических систем (ТС) и их свойств в зависимости от состава вещества и его строения. Приводится пример состава и строения тел метательных снарядов, включая введение в их состав активных веществ, как-то: взрывчатых, активно взаимодействующих с водой или с бронёй - прожигающих броню по реакции самораспространяющегося высоко-температурного синтеза (СВС). Выделены: 1) рост разнообразия химического состава материалов частей ТС и 2) использование химических процессов для выполнения главной функции ТС, как статических, так и динамических химических эффектов.

Чёткой границы между современными физикой и химией нет [2,15,16]: области действия обоих наук по мере их развития всё более перекрываются. Можно согласиться с [2], что химия - самая сложная физика. Так, некоторое время транзисторы уменьшались в размерах как физические объекты, но уже ведутся исследования по синтезу их как молекул, вероятно, вначале высокомолекулярных (например, изучаются пары молекул, составляющие катенан, которые изменяют конфигурацию под воздействием электрического поля - они могут работать как молекулярные переключатели, или синтезируются молекулярные цепочки, способные при действии поля захватывать электрон - в результате молекула становится проводником тока, а в отсутствии поля молекула возвращается в исходное состояние), - так возможно будет стираться грань между этими науками и продолжится миниатюризация микросхем для компьютеров; пока намечены только принципиальные решения [15].

В работе [16] предложено информационный фонд химических эффектов как фонд "химик-консультант" организовать на функциональной основе. Этот фонд автор предлагает инженеру - не химику при совершенствовании ТС, когда необходимо:

"- ввести в систему или удалить некоторые вещественные компоненты;

- создать в системе необходимый процесс;

- модифицировать в нужном направлении процесс, протекающий в системе;

- прекратить нежелательный процесс, присутствующий в системе;

- защитить систему от нежелательного воздействия внешней среды;

- защитить внешнюю среду от нежелательного воздействия системы;

- облегчить систему, увеличить прочность компонентов при снижении веса, улучшить эксплутационные характеристики компонентов системы."

Автор [16] предполагает приложить перечни: методов реализации "химических функций" (ХФ), списки "функциональных веществ" и "опасных веществ и материалов". Далее кратко перечислены методы реализации ХФ, возникающие при этом проблемы и инструментарий ТРИЗ для их разрешения: автор ожидает предложения по совершенствованию структуры фонда. Пока некоторые предложения [16, 19] кажутся или слишком общими, или очень частными.

Кажется, пункт "увеличить скорость протекания процессов" [3.3 в 17] более подробно, с примерами патентов рассмотрен в нашем работе по активации химических реакций [11] и упоминается выше. Полагаем, что работа [6] по алгоритму поиска химических эффектов уточняет или перекликается с этим перечнём ХФ [16]. Этот АПХЭ включает:

- что следует изменить: вещество (объекта или его части) или энергию процесса;

- каков характер требуемого изменения: получить, увеличить, ввести, уменьшить, сохранить;

- где требуется произвести это изменение: в точке, части или всей поверхности, или границе раздела фаз, в порах, в точке, части или всём объёме тела, фазы, во внешней среде;

- какое агрегатное состояние изменяемой части объекта: твёрдое, жидкое (раствор, расплав), две фазы (т/ж, т/г, ж/г), газ или плазма;

- вид вещества: чистое простое, смесь (сплав), бинарное соединение, трёхатомное, многоато-мное, многомолекулярное (комплексное), олигомер, линейный или пространственный полимер;

- каков химический характер возможного/требуемого ХЭ: пока в списке их около 100 видов;

- каков характер обратимости требуемого ХЭ: необратимый, условно или полностью обратимый ХЭ нужен. По каждому пункту такого АПХЭ можно в "Базе данных использова-ния ХЭ" (БД ХЭ) с помощью поисковых систем подобрать примеры их применений.

Такой АПХЭ, как нам кажется, пересекается со списком возможных ХФ [16], уточняя и расширяя последний. БД ХЭ [17] пока не включает в явном виде списков веществ. Конечно, абстрактный характер рассмотрений и списка ХФ, и алгоритма АПХЭ не позволяет выявить подробнее их достоинства и недостатки. Требуются и более конкретные, углубленные их обсуждения. Хотелось бы и взаимной критики. С участием десятка коллег в 2005 г. в интернет сети было проведено обсуждение возможностей, достоинств и недостатков БД ХЭ (1200 рефератов), которое, мы считаем, помогло в углублении и уточнении собираемой информации по ХЭ. Но полностью все замечания учесть не удаётся; например, как соотносится каждый патент с системой законов развития ТС (ЗРТС) ? Видимо, отдельный патент может никак не соотноситься с ЗРТС. Пока же нам удалось выявить (на совокупности более 20 техрешений) одну линию развития - линию активации химических реакций (см. выше и [10]). Наверное, есть и другие линии, в частности, разработчиков часто интересует анти-активация (ингибирование) нежелательных реакций. Аналогично тому, что в [1,2] рассмотрено усиление окисления, которая в [3] дополнена немногими примерами патентов на ослабление окисления.

В заключение отметим, что работа по сбору информации для БД ХЭ далека от завершения, пока она продолжается малыми силами. Желательно и расширение этой работы, и углубление обсуждения и взаимной критики собранного. В частности, широкая профильность материала неизбежно сопровождается дилетанством в его сборе и анализе. Можно согласиться с автором [16], что в практике чаще требуется не "решение задач", а "совершенствование систем", что "красивые" химические решения кажутся неперспективными, но автор [15] перспективы электронники видит именно в её переходе к молекулярным техрешениям. Полагаем, что и упомянутые, и другие недостатки являются "болезнями роста", которые могут быть преодолены в процессе работы по БД ХЭ, по составлению АПХЭ, списков химических функций и веществ.

Литература [к началу]

1. Альтшуллер Г.С. Алгоритм изобретения.- М.: Моск. рабочий, 1973, с. 168 - 176.

2. Саламатов Ю.П. Подвиги на молекулярном уровне //сб. Нить в лабиринте.- Петрозаводск: Карелия, 1988, с. 95 - 164.

3. Михайлов В.А., Толстова М.В., Сергеев С.Т. Сводная картотека, вып. 20 - Химия.- Чебоксары: ОЛТИ-ЧувГУ, 1980, NN 1951-2000, 20 с. (см. Михайлов В.А. Использование химических эффектов длч развития технических систем.- Чебоксары: 1985, 30 с. депонир. ОНИИТЭХИМ, Черкассы, N 419-хп-86, 1986. Михайлов В.А. и др. Статистическое изучение изобретений в неорганической химии //сб. 12-й Менделеевский съезд по общей и прикладной химии - Баку-М.: Наука, 1981, т. 1, с. 76.).

4. Девойно И.Г. и др. Руководство по работе с ИМ-1.5: БД химические эффекты.- Минск, 1989. (см. //сб. Как стать еретиком.- Петрозаводск: Карелия, 1991, с. 287- 295).

5. Белов Н.А., Еремкин А.В., Михайлов В.А. Изучение патентов в неорганичесой химии /сб. 17 Менделеевский съезд по химии - Казань, РХО, 2003, т.2, с. 81.

6. Михайлов В.А., Воронина Э.П., Ерёмкин А.В., Белов Н.И. К разработке алгоритма поиска химических эффектов //сб. Развитие системы подготовки специалистов ТРИЗ. - Петрозаводск, 2003, с. 196 - 200.

7. Михайлов В.А., Соснин Э.А., Косарев Д.С. База данных к указателю химических эффектов //сб. Три поколения ТРИЗ: ТРИЗФест-2006, - С-Петербург: 2006, с. 239-242.

8. Соснин Э.А. Закономерности развития газоразрядных источников спонтанного излучения: руководство для разработчика. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 2004. - 108 с.

9. Лукашевич О.Д., Филичев С.А. Теория решения изобретательских задач (ТРИЗ) как инструмент повышения эффективности систем очистки воды. // Вода и экология. Проблемы и решения. - 2006. вып. 3, с.3-11.

10. Михайлов В.А., Соснин Э.А. Одна из линий развития применений химических эффектов в патентах и технических решениях //сб. Современные информационные технологии, вып.3, - Пенза, ПГТА, 2006. с. 56 - 59.

11. Коптев А.П., Морозов А.П., Семенец Е.Г. Системы водоподготовки промышленных предприятий. Способы активации водных растворов.- Магнитогорск: МГТУ, 2002, 76 с.

12. Кынин А.Т. Методы ТРИЗ в материаловедении //сб. Три поколения ТРИЗ: ТРИЗФест-2006, С-Петербург: 2006, с. 243 - 249.

13. Михайлов В.А., Косарев Д.С. БД при решениях экологических задач - опыт патентного анализа //Вестник ТО РЭА, Казань, 2005, 3(25), с. 19-20.

14. Михайлов В.А., Соснин Э.А., Косарев Д.С. Некоторые тенденции экологических решений в патентах //Вестник ТО РЭА, Казань, 2006, 3(29), с. 17-18.

15. Уразаев В.Г. ТРИЗ в электронике - М.: Техносфера, 2006, с. 123 - 129, 139 - 142, 151, 167 -171, 189 - 213, 234 - 257.

16. Склобовский К.А. О "Химэффектах" и информационном фонде "Химик-консультант" // Журнал ТРИЗ, N 2(15), 2006, c.24-25.

17. Михайлов В.А. и др. БД по использованию химэффектов в патентах по химии и экологии: раздел в сайте http://www.ecoportal.ru/db.php (СПб, Газтурбо, 2005, 300 с.)

18. Billy Grierson etc. 40 Principles - Chemical Illustrations //TRIZ Journal, Juli, 2003/ http:// www.triz-journal.com

19. Давыдов В.Н. О некоторых химических закономерностях развития технических систем //сб. ТРИЗ Фест-2006, СПетербург, СПбГТУ, 2006, с.237-238.


Главная    Конференция     ВИДЫ ХИМИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ПАТЕНТАХ