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

Мод бол хүн төрөлхтний түүхэнд хамгийн өргөн хүрээнд ашиглагдаж ирсэн хамгийн эртний барилгын материалуудын нэг юм. Мод нь төрлөөсөө хамаарч 60-90%-ийн агаар агуулдаг бол модны үлдсэн хатуу бүрэлдэхүүн хэсгийг лигнин хэмээх бодис бүрдүүлдэг байна. Өөрөөр хэлбэл маш сүвэрхэг материал гэсэн үг юм. 

Зураг 1. Модны бүтэц

Зураг 2. Модны нүх сүвний төрөл

Гэрэл нэвтрүүлдэг модон материал гарган авах судалгааг анх 1992 онд ХБНГУ-ын эрдэмтэн Зигфрид Фринк гүйцэтгэж байжээ. Харин 2015-2016 оны үед Швед улсын Эзэн хааны техникийн их сургуулийн эрдэмтэн Ларс Берглунд болон Мэрилэндийн их сургуулийн судлаач Лианг Винг Ху нар хамтран модыг гэрэл нэвтрүүлдэг болгох аргыг хөгжүүлж лабораторийн түвшинд модны өнгө болон зарим химийн бодисыг зайлуулаад полимер нэмсэнээр гэрэл нэвтрүүлэх чадвартай болгосон туршилт хийсэн байна. Модны өнгийг арилгахад цагаан өнгөтэй болдог төдийгүй илүү сүвэрхэгжсэн байна. 

Зураг 3. Лигнингүй агуулаагүй мод

Тунгалагжсан модны нүх сүвийн хэмжээ нь нано хэмжээстэй бөгөөд гарган авч буй эдлэлийн гэрэл нэвтрүүлэлт болон гидрофоб шинж чанарыг сайжруулахын тулд акрил болон полиметилметакрилат зэргийг нэмж өгдөг байна. 

Зураг 4. Модыг лигнингүйжүүлээд полимер нэмсэнээр гэрэл нэвтэрдэг болжээ

Тунгалагжсан модны бас нэг чанар нь дулаан хадгалдагт оршино. Орчны темпертарур 30°С- ээс дээш гарах үед дулаан шингээж эхлэх бөгөөд хөрч эхлэхэд дулаанаа ялгаруулдаг байна. Мөн үүний зэрэгцээ тунгалаг чанар нь дулаан хүйтнээс хамаарч өөрчлөгддөг байна. Гадаа халуун болоход мод дулааныг шингээн тунгалаг чанар нь нэмэгддэг бол сэрүү орж эхлэхэд дулаанаа ялгаруулснаар тунгалаг биш болж эхэлдэг ажээ.

Гэрэл нэвтрүүлдэг модны механик шинж чанар нь цэвэр полимер материал жишээ нь полиметилметакрилаттай харьцуулахад илүү өндөр түвшинд байдаг. Түүний механик шинж чанар нь тухайн модны бүтэц болон түүнд суулгасан полимерийн шинж чанар болон хоёр материал хоорондоо хэр их барьцалдсан зэргээс гадна модонд агуулагдаж буй целлюлозын хэмжээ, модны утсархаг ширхэглэлийн геометрийн бүтцээс хамаардаг ажээ.

Үүний зэрэгцээ модны харьцангуй нягт, модны бүтцийн гадаргуугийн бүтэц зэрэг буюу ашиглаж буй модны үндсэн шинж чанар нөлөөлнө. 

Зураг 5. Гэрэл нэвтрүүлдэг модон эдлэл

Гэрэл нэвтрүүлдэг модны суналтын бат бэх нь мод/целлолюз гэсэн харьцаа нэмэгдэх тусам өсдөг ажээ. Түүнд ашиглах полиметилметакрилатын хэмжээ ижил байсан ч гэсэн модны төрөл нь өөр өөр байвал механик шинж чанар нь өөрчлөгддөг байна. Гэрэл нэвтрүүлдэг мод нь хагарах цуурахдаа хамаагүй бутардаггүй бөгөөд оптик дамжуулалт сайтай боловч сүүн шил шиг тунгалаг бус байж болдог. Түүний механик болон оптикийн шинж чанар нь анизотропик ажээ. Дулааныг муу дамжуулдаг ба бага нягттай буюу хөнгөн бөгөөд бат бэх материал байна. Мэдээж тухайн эдлэл нь нимгэн байх тусам оптик дамжуулалт өндөртэй байна. Учир нь модны гэрэл нэвтрүүлэх чанар нь эзэлхүүнд агуулагдаж буй целлюлозын хэмжээнээс хамаардаг.

Гэрэл нэвтрүүлдэг мод нь дараах давуу талуудтай байна. Үүнд:

⮚    Хамгийн гол давуу талын нэг бол ердийн шилтэй харьцуулахад хамаагүй уян хатан, хугаралтанд маш тэсвэртэй байна. Өөрөөр хэлбэл бараг шил шиг тунгалаг боловч ямар ч шилнээс илүү бат бөх ажээ.

⮚    Гэрэл нэвтрүүлдэг мод нь хуванцар шиг шинж чанартай боловч байгальд ээлтэй материал юм

⮚    Гэрэл нэвтрүүлдэг модноос бат бэх өндөртэй эрчим хүчний хэмнэлттэй цонх гарган авах боломжтой.

⮚    "Д. Катунский нар бүтээлдээ (Гэрэл нэвтрүүдэг модыг архитектурт бүтцийн элементүүд болгон ашиглах нь) илүү ногоон архитектур, илүү сайн электроникийг бий болгоход гэрэл нэвтрүүдэг модыг ашиглах тухай өгүүлжээ.

Гэрэл нэвтрүүлдэг модны нэг дутагдалтай тал нь эпоксидын давирхай ашигладагт оршдог байна. Гэхдээ судлаачдын үзэж байгаагаар эпоксидын давирхайг орлуулах эко бүтээгдэхүүнээр тун удахгүй орлуулдаг боломж бүрдэж байгаа аж. Ингэснээр бүхэл бүтэн байшинг гэрэл нэвтрүүлдэг модоор барих боломж бүрдэх юм байна.

Гэрэл нэвтрүүлдэг модыг хоёр үе шаттай процессоор тунгалаг болгодог байна. Модноос лигниний бүрэлдэхүүнийг арилгахын тулд эхлээд идэмхий натри зэрэг химийн бодис бүхий ваннд хийнэ. Энэ нь модны өнгө, тогтвортой бат бэх байдлыг хоёуланг нь олгодог аж. Өөрөөр хэлбэл гэрлийг шингээх болон цацруулах үзэгдлийг хоёуланг нь арилгах шаардлагатай байна. Модны гэрэл шингээх чанар нь дээр дурьдсанчлан түүний химийн найрлагатай холбоотой. Мод нь бор шаргалаас хүрэн өнгөтэй байдаг нь хлорофилл, таннин болон лигнин зэрэг гэрэл шингээдэг бодисууд агуулдагаас болдог байна. Дээр дурдсан бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн дотроос лигнин нь модны гэрлийн шингээлтийн 80-95% -ийг эзэлдэг аж. Энэхүү модны гэрэл шингээх үзэгдлийг түүнийг химийн аргаар боловсруулах замаар "бүх" лигнинийг зайлуулах эсвэл лигнин доторх хромофоруудыг идэвхгүй болгох замаар эрс бууруулж болдог байна.

Зураг 6. Модыг тунгалагжуулах үйл явц

Модыг натрийн гидроксид ба натрийн сульцат агуулсан буцалсан устай ваннанд 12 цаг дэвтээснээр түүнд агуулагдах будагч бодисуудыг зайлуулдаг байна. Үүний дараа целлюлоз агуулсан өнгөгүй бүтэц нь үлддэг. Түүнийг бэхжүүлэхийн тулд синтетик давирхайгаар дүүргэдэг байна. Багийн ахлагч Лянбин Хугийн хэлснээр гэрэл нэвтрүүлдэг мод нь ердийн боловсруулаагүй модноос  илүү хатуу ажээ. Энэ нь шилнээс илүү бат бөх, илүү сайн тусгаарлагч юм. Энэ нь хуванцраас илүү задрах чадвартай гэдэг. Судалгааны баг тунгалаг мод үйлдвэрлэх процессоо саяхан патентжуулсан байна.

Ердийн шилэн цонхон дээр нарын гэрэл тусах өнцөг өөрчлөгдөхөд гэрлийн эрчим өөрчлөгддөг бол гэрэл нэвтрүүлдэг модон материал нь өдрийн аль ч үед жигд гэрэлтүүлэх боломжийг олгодог. Мөн модон материалтай ижил аргаар боловсруулах боломжтой. Полимер материалаар дүүргэсэн тул ус чийгэнд тэсвэртэй аж.

Эрдэмтэн Берглундын үзэж байгаагаар гэрэл нэвтрүүлдэг модыг эрчим хүчний хэмнэлттэй барилгад ашиглах боломжтой бөгөөд хамгийн гол нь нарны коллекторын материалаар ашиглахад ч тохиромжтой гэжээ. Учир нь гэрэл нэвтрүүлдэг мод нь нарны коллекторт ашигладаг материалтай харьцуулахад хямд төсөр төдийгүй нөхөн сэргээгдэх боломжтой материал гэдгээрээ давуу юм.

Мөн бүхий л төрлийн үйлдвэрлэлд ашиглах боломжтой гэж үзжээ.

Зураг 7. Гэрэл нэвтрүүлдэг модон самбар

Автомашин үйлдвэрлэгчид автомашины жин, утаа ялгаруулалтыг багасгахын тулд шинэ материал, технологийг судалж байгаа тул зарим компаниуд жишээ нь Воодоо ХХК эдгээр зорилгод хүрэх шинэлэг шийдлүүдийг санал болгож байна.