Ученые НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из Федерального технологического университета в Акуре (Нигерия) разработали новую технологию изготовления строительных композитов и плит на их основе. Растительные отходы из волокон кокоса и гибискуса обеспечили новому материалу повышенную влагостойкость и прочность, что будет особенно востребовано в жилом строительстве.

Результаты работы опубликованы в международном научном журнале Environmental Science and Pollution Research. Переработка отходов — важнейшая задача «зеленой» химии. Они являются сырьем для создания материалов, которые очищают сточные воды, извлекают металлы, пигменты, а также используются в производстве строительных материалов, таких как гипсы, дорожные покрытия и так далее.

Цементные картоны — это композиты, изготовленные из макулатуры и цемента в качестве связующего звена. Эти виды материала могут использоваться для обшивки стен и потолков, а также замены дорогих древесно-стружечных плит (ДСП) в мебельном производстве.

Бумага в составе макулатуры обладает хорошей тепло- и звукоизоляцией, она дешева в использовании и требует минимум энергии при переработке, что позволяет отнести ее к экологичным материалам. Однако обладая высокой поверхностной пористостью, бумажная масса склонна к обильному поглощению влаги из воздуха, что сильно ухудшает функциональные свойства цементных картонов.

Исследователи НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из Федерального технологического университета в Акуре решили эту проблему, используя порошок скорлупы кокосового ореха и кенафа (гибискус коноплевый) в качестве наполнителя бумажных пор.

Микроструктура волокон с разным процентным содержанием растительного волокна / ©Пресс-служба НИТУ «МИСиС»

«Целью включения волокон в цементный материал было повышение его прочности и придание пластичности. Кроме того, волокна включены для уменьшения зарождения и распространения трещин и для равномерного распределения напряжения в матрице композита. Волокно кенафа мы смешивали в различных пропорциях с 20 процентами цемента и таким же количество порошка скорлупы кокосового ореха, в то время как оставшаяся часть состава представляла собой бумажную массу. Полученные образцы композитов выдерживали в течение 14, 28 и 90 дней и исследовали механические свойства. Результаты показали, что дозировка волокна в два процента оптимально улучшила прочность сцепления и силу удержания шурупа по сравнению с контрольной смесью», – рассказал соавтор исследования, ведущий эксперт НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ «МИСиС» Валентин Романовский.

Схема технологии производства композита / ©Пресс-служба НИТУ «МИСиС»

По словам разработчиков, натуральные растительные волокна легкие, очень дешевые и обладают высокой прочностью и пластичностью. Непромокаемое волокно кенафа, известной прядильной культуры, как и волокно джута, пригодно для изготовления упаковочных тканей и мешков, ковров и скатертей, для изготовления бумаги, картона. Добавка волокна кенафа в процентной массе 1–3 процента обеспечила увеличение модуля упругости композита, а значит, и прочность итоговых строительных плит.

В предыдущем исследовании авторы показали, что даже 10-процентная добавка порошка скорлупы кокосового ореха может успешно использоваться в качестве наполнителя пор композита, снижая его «влагопроницаемость» по сравнению с контрольными образцами. В настоящее время научный коллектив завершает серию лабораторных тестов в целях оптимизации разработанной технологии.