Новые пути вторичного использования пластика — задача, над которой работают ученые во всем мире. Одним из важных направлений в этой области стало создание искусственного полимерного камня как альтернативы натуральным материалам. Разработкой искусственного камня с использованием полимерных материалов (пластиков) занимаются и ученые СПбГУПТД. Новый композиционный материал в состав которого входит измельченный пластик — полиэтилентерефталат (ПЭТФ), может быть представлен в виде изделий заданной формы. Проведенные учеными вуза испытания показали, что полученные образцы искусственного камня легко монтируются, обслуживаются в режиме эксплуатации и эстетически привлекательны. Изменение состава композита и режима его получения позволяет управлять параметрами его свойств, например, прочностью или теплоизоляцией, в зависимости от требований заказчика.
Группа сотрудников вместе со студентами кафедры наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов им. А.И. Меоса СПбГУПТД создают искусственный камень на основе полимерных смол в качестве связующего, а наполнителем использовали крошку, полученную путем измельчения пластиковых бутылок. Преимущество использования полимерного камня перед натуральным не только в экономии и снижении экологической нагрузки на окружающую среду за счет вторичного использования пластика, но и в возможности варьировать параметры свойств искусственного материала для разных условий эксплуатации, что недоступно при работе с натуральными камнями.
Сейчас ученые разрабатывают новые подходы к созданию полимерного камня с определенными заданными свойствами, среди которых: ударная прочность, плотность, влагопоглощение, влагоотдача, теплоизоляция, жаропрочность, трещиностойкость, морозоустойчивость, стойкость к ультрафиолету.
Авторам разработки уже удалось добиться повышенной ударной прочности искусственного камня. Они доказали, что добавление крошки ПЭТФ в полимерную смолу увеличивает прочность изделия на величину более 300% по сравнению с изделием из чистой полимерной смолы. добавление натуральной мраморной крошки в полимерную смолу в таких же соотношениях позволяет увеличить прочность композита лишь на 135%. Однако, показатель повышения прочности при описанном варианте модификации не всегда необходим.
«Например, мы добиваемся максимального упрочнения, но в некоторых случаях, предположим, в экстремальных ситуациях, наоборот, необходимо, чтобы материал легко поддавался разрушению или обладал необходимой пластичностью. В этом состоит преимущество искусственного камня, так как натуральный камень можно использовать только таким, каким его создала природа. Использование искусственного камня позволяет варьировать его свойства и подстраивать их под нужды потребителя», — комментирует и.о. заведующего кафедрой наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов им. А.И. Меоса Ольга Асташкина.
Необходимое изменение свойств искусственного камня возможно при подборе разных технологических подходов его получения. «Технология заключается в варьировании соотношения вязкотекучей полимерной основы и наполнителя с последующим отверждением. Мы особым способом измельчаем пластик в крошку разной величины и формы, а также изменяем соотношение больших, средних и мелких частиц пластика. Все эти комбинации отрабатываются системно для того, чтобы получались продукты с предсказуемыми заданными свойствами», — рассказывает один из авторов разработки, доцент кафедры наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов им. А.И. Меоса СПбГУПТД Наталия Свердлова.
В результате экспериментов была доказана возможность выбора наполнителей для получения искусственного камня с требуемыми потребителем свойствами. Предварительная подготовка наполнителей из сырья вторичной переработки полиэтилентерефталата позволила рекомендовать технологические параметры получения современных строительных материалов с новыми функциональными качествами.
Разработка ученых позволит расширить ассортимент материалов из искусственного камня, возможности его использования не только в строительной индустрии, а также оценить их как продукт циркулярного дизайна.
«Большинство видов пластмасс не поддаются биологическому разложению в течение многих десятилетий и остаются в окружающей среде. Методами их переработки являются переплавка или сжигание, которые приводят к загрязнению воздуха, почвы, грунтовых вод. В связи с этим вторичная переработка пластмасс приобретает важное экономическое и экологическое значение. Новые технологические подходы к рациональной переработке синтетических полимеров, которые имеют длительный период сохранения прочностных и физико-химических характеристик после использования по целевому назначению, позволяют использовать их в качестве наполнителей в производстве композиционных материалов», — добавляет Наталия Свердлова.