Нийлэг материал нь органик полимерүүд юм. Полимер материал /PVC, полистирол, синтетик резин, силикон, нейлон гэх мэт/ - ыг олон төрлийн боловсруулалтад оруулах боломжтой гэдгээрээ онцлогтой.

Түүний хэвлэгдэх чадвар, хатуулаг, уян харимхай чанар, бат бэх, дулааны үйлчлэлд хэлбэрээ хадгалах чадвар болон химийн тэсвэрлэлт өндөр гэх мэт түүхий эдийн сонголт, гарган авах технологи ба тусгай нэмэлтүүдийг хэрэглэснээр техникийн шинж чанаруудыг маш өргөн хүрээнд өөрчлөх боломжтой давуу талтай материал юм. Үүний зэрэгцээ бусад материалтай харьцуулахад хөнгөн бөгөөд хямд материал аж.

Дээрх шинж чанарууд, туйлын уян хатан байдал болон боловсруулахад хялбар байдлаас шалтгаалан аж үйлдвэрлэлийн болон ахуйн хэрэглээний маш олон салбарт ашигладаг материал юм.

Зураг 1. Полимер материал

XX зууны эхэн үеэс эхлэн газрын тосны олборлолт, хэрэглээ нэмэгдсэнээр ихэнх уламжлалт нийлэг материалыг энэхүү үл нөхөн сэргээгдэх түүхий эдээс гарган авч эхэлжээ.

Үндсэндээ нийлэг буюу полимер материалыг бүтцийн болон функционал нийлэг материал хэмээн ангилдаг. Бүтээцийн полимер материалыг дийлэнхдээ материалын салбарт голлон ашигладаг бидний нэрлэж заншсанаар хуванцар пластик гэж нэрлэдэг материал юм.

Функционал полимер материалыг материал хэлбэрээр биш буюу цаас гарган авахад хэрэглэдэг нэмэлт, цавуу, лакны давирхай, төрөл бүрийн өтгөрүүлэгч, бетоны нэмэлт болон бусад хэлбэрээр ашигладаг байна.

Полимер материалыг барилгын материал, сав баглаа боодол, автомашин үйлдвэрлэл, тавилгын үйлдвэрлэл, электроникийн үйлдвэрлэл, гэр ахуйн барааны үйлдвэрлэлд голлон хэрэглэдэг байна.

Уг материалууд нь олон янз боловч хатуу полимерүүд нь бэхэжсэний дараа хэвээрээ үлддэг бол термо-пластик материалыг халааж өөр хэлбэрт оруулах буюу хайлуулах боломжтой байдаг. Термо-пластик полимер материал нь нийт зах зээлийн 80%-ийг эзэлдэг бол сунадаг эсвэл резин маягийн нийлэг материал нь зах зээлийн нэлээдгүй хувийг эзэлдэг.

Харин полимер материалын сул тал нь задралд ордоггүй тул байгаль орчныг ихээр бохирдуулдаг, нөхөн сэргээгддэг материалаас гарган авдаггүй зэрэг болно.

Дэлхий дээр өдөрт 3.5 сая тонн хог хаягдал гардгийн ихэнх хувийг сав баглаа боодол, барилгын хуванцар материал гэх мэт полимерууд эзэлдэг байна. 2025 он гэхэд энэ тоо хоёр дахин нэмэгдэнэ гээд бодохоор бид хог хаягдал бага гаргах түүнийг дахин боловсруулах тал дээр илүү анхаарах цаг болсон нь харагдаж байна.

Зураг 2. Хог хаягдлын ихэнхийг полимер материал эзэлдэг

Иймээс экологийн бүтээгдэхүүн гаргах тал дээр олон тооны судалгаа хийгддэгийн нэг нь биополимер материалын судалгаа юм. 

Тэгвэл биополимер гэж юу вэ?

Биополимер материал нь дийлэнх хэсэг эсвэл нийтдээ байгалийн гаралтай бүтээгдэхүүн байдаг. Харин газрын тосны түүхий эдээс гарган авсан боловч биологийн аргаар дахин боловсруулах боломжтой материалыг биополимерт тооцдоггүй ажээ.

80-аад оны сүүлээр нөхөн сэргээгддэг байгалийн гаралтай түүхий эдээс гарган авсан анхны орчин үеийн биополимерууд нь ерөнхийдөө биологийн задралд ордог байсан бөгөөд тус шинэ бүтээгдэхүүнийг энэ талаар нь илүү сурталчилж байжээ. Энэ үеэс “биополимер” материал гэдэг ухагдахуун бий болсон боловч ихэнхдээ биологийн аргаар задлах боломжтой гэдэг талаас нь авч үзэж харин байгалийн гаралтай түүхий эдээс гарган авсан гэдэгт нэг их ач холбогдол өгдөггүй байсан байна.

Биополимер материалыг маш олон төрлийн ургамлаас гарган авах боломжтой аж. Нэг талаас байгалийн полимер материалууд орохоос гадна мөн сахар, дисахарид ба өөхний хүчил зэрэг жижиг хэмжээтэй молекулуудыг мөн биополимер материал гарган авах түүхий эдээр авч хэрэглэдэг байна. Эдгээр байгалийн гаралтай материалыг төрөл бүрийн технологи ашиглан боловсруулснаар биополимер материал болон био-суурьтай материал үйлдвэрлэхэд ашигладаг ажээ.

Байгалийн гаралтай түүхий эдэд жишээ нь полисахарид, уураг, целлолюз, лигнин зэрэг орохоос гадна байгалийн каучук зэрэг уян налархай материалууд бас ордог байна.

Биополимер материалыг маш өргөн хүрээнд хэрэглэдэг тул энэ бүхнийг нэг дор тоочиж барахгүй юм.

“Биополимерийг барилгын салбарт ашиглах нь”

Иймд энэхүү өгүүлэлд барилгын салбарт ашиглаж буй жишээнээс авч танилцуулж байна. Биологийн гаралтай барилгын материалыг барилгын өнгөлгөөнд ашиглахад хуванцар материалын адилаар төрөл бүрийн хэлбэр дүрсэнд оруулах боломжтойг тогтоожээ.

ХБНГУ-ын Штуттгартын бүтээц эдлэлийн институт олон жилийн судалгаа, төлөвлөлт болон загварчлал хийсний үндсэн дээр бүтэн барилгын өнгөн хэсгийг биоматериал ашиглан барьсан байна. Фасадны материалд ихэвчлэн нийлэгжүүлэн гарган авсан полимер, шилэн материал эсвэл металл ашигладаг.

Герман улсын засгийн газар, аж үйлдвэрийн нийгэмлэгийн дэмжлэгтэйгээр барилгын фассадны хэсэгт ашиглах шинэ төрлийн даацын биоматериалыг гарган авах төсөл хэрэгжүүлсэн байна. Тус төслийн хүрээнд цэвэр ургамлын гаралтай биополимер материал гарган авахыг зорьсон бөгөөд уг материалыг барилгын гадна болон дотор хэсэгт аль алинд нь ашиглах зорилго тавин ажилласан байна.

Энэхүү биологийн гаралтай материалыг нийлэгжүүлэн гарган авсан материалын адил төрөл бүрийн хэлбэр хэмжээтэй гарган авах боломжтой байсан тул архитекторууд барилгад 3D- эффект үүсгэж чадсан байна. Мөн уг материал нь экологийн цэвэр бүтээгдэхүүн болсон онцлогтой юм.

Фассадны материал нь цэвэр байгалийн гаралтай нөхөн сэргээгддэг материал буюу 90% нь модоор хийгдсэн тул байгалийн нөхөн сэргээгддэггүй түүхий эдийг хэмнэх, түүхий эдийг үр ашигтай ашиглах боломжийг бүрдүүлсэн байна. Тус фассадны хавтангуудыг термопласт материал шиг төмбийлгөх, хотойлгох зэргээр хэлбэр дүрсийг нь янз бүрээр өөрчлөх боломжтой аж.

Үүний зэрэгцээ биополимер материалыг өрөмдөх, хэвлэх аргаар хээ тавих, лазераар боловсруулах, давхарлах, хөрөөдөх зэргээр янз бүрийн хэлбэр дүрс бүхий гадаргуу, бүтэц үүсгэхээс гадна гадаргуугийн шинж чанарыг нь өөрчлөх боломжтой. Бас нэг давуу тал нь биополимер материалд өнгөлгөөний шавардлага эсвэл нэмэлт давхарга хэрэглэхгүйгээр фассаданд ашиглагдана. Хамгийн гол нь хүлэмжийн хий үүсгэхгүйгээр дахин боловсруулах боломжтой төдийгүй ашиглалтын үед -ыг шингээдэг онцлогтой материал байна. Мэдээж хэрэг барилгын гадна фассаданд ашигладаг барилгын материалын стандартын шаардлагагыг бүрэн хангах ажээ.

Уг материал нь хялбар шатамхай бус материал тул дотор тасалгааны материалд ашиглахад аюулгүй байна.

Зураг 4. Биополимер материалыг барилгад ашигласан нь

Дээрх барилгын фассаданд ашигласан биополимер хавтангуудыг даацын тулгуурууд дээр байрлуулсан, зузаан нь 3.5 см байсан бөгөөд пирамид хэлбэртэй хийсэн байна. Хамгийн гол нь бүтээц эдлэлийн даацад тодорхой хувь нэмрээ оруулжээ. Ингэснээр фассадны хэсэгт бага тулгуур, араг бүтээц хэрэглэх боломж бүрдэн барилгын жинг бууруулахад тодорхой хувь нэмрээ оруулах юм.

Материалын болон анхан шатны эрчим хүчний хэрэглээг бууруулах, дахин боловсруулах чадварыг сайжруулах зорилгоор барилгын салбарт байгалийн түүхий эдийг орлох хувилбарыг олон жилийн турш хайж ирсэн.

Энд биополимер материалууд нь ашиглагдаагүй боломжуудыг санал болгож байна. Тэгвэл Фрауэнхофын институтийн эрдэмтэд байгалийн гаралтай түүхий эдээс целлолюзийн үндсэн дээр био хөөсөн материал гарган авсан бөгөөд үүгээрээ дулаан тусгаарлах хавтан хийжээ.

Зураг 5. Био хөөсөн материал

Энэхүү материалыг гарган авах арга нь ердийн EPS-хөөсөнцөр гарган авах аргатай төстэй аж. Түүхий эд нь хөөсрөх чадвартай байгалийн гаралтай гранулат бөгөөд түүнийг хий үүсгэх материалын хамт экструдерт өгнө.

Хэвлэх автоматад уур өгч гранулатыг хөөлгөнө. Үүний үр дүнд тогтвортой цөм бүхий хөнгөн хөөсөнцөр материал үүсдэг байна. Хэвийг хөргөсний дараа хэвлэгдсэн хөөсөнцрийг гарган авдаг байна. Үүний зэрэгцээ мөн био материалаар сэндвич гарган авах туршилт хийгдэж байгаа юм.

Г.Саран, ШУТИС-ийн Материал судлалын төвийн захирал, доктор (Ph.D), дэд профессор

Р.Долгоржав, ШУТИС, Хэрэглээний шинжлэх ухааны сургуулийн ХИС-ын багш, МУ-ын мэргэшсэн инженер