Российские ученые выяснили, что прочность геополимеров, неорганических аналогов классических полимеров, можно повысить в несколько раз, если использовать в качестве сырья для их производства алюмосиликатные нанотрубки, а не крупицы пластинчатой или сферической формы. Это открытие позволит повысить долговечность и экологичность стройматериалов на базе геополимеров, сообщила пресс-служба Российского научного фонда.
«Высокопрочные геополимеры будут здоровы не только в строительстве. Они способны «впитывать» и удерживать опасные соединения, благодаря чему помогут решить проблему утилизации твердых индустриальных и радиоактивных отходов. Это особенно актуально для России как страны с развитым атомным сектором», — отметила заведующая лабораторией химии силикатных сорбентов Института химии силикатов (Санкт-Петербург) Ольга Голубева, чьи слова приводит пресс-служба РНФ.
Как объясняют Голубева и ее коллеги, геополимеры воображают собой полимероподобные материалы, которые синтезируются из природных алюмосиликатов. Благодаря высокой прочности их потенциально можно применять в стройке и для создания термостойких покрытий, а также для связывания и хранения опасных промышленных и радиоактивных отходов. Для этого нужно понимать, как состав и структура сырья для их производства и обстоятельства синтеза влияют на прочность и долговечность этих материалов.
Для получения таких сведений Голубева и ее коллеги по институту (филиал НИЦ «Курчатовский институт»-ПИЯФ-ИХС, Санкт-Петербург) детально изучили, как свойства получаемых материалов меняются при изменении конфигурации частиц алюмосиликатов, из которых производятся данные геополимеры. Исследователи сравнили несколько вариантов подобных «стройблоков» геополимеров, в том числе нанотрубки, а также крупицы пластинчатой и сферической формы.
Все эти частицы были нагреты до температуры в 750 градусов Цельсия, после чего ученые смешали их со щелочью, что запустило цепочку реакций, какая разрушает частицы и высвобождает атомы кремния и алюминия и формирует прочную полимерную сетку. После ее образования ученые изучили механические тесты полученных геополимеров, для чего исследователи замерили стойкость этих материалов к извилине и сжатию.
Эти опыты показали, что геополимер на базе нанотрубок значительно превосходит его аналоги и по тому, и другому параметру. Он в 1,5-2 раза лучше противится сжатию, чем материалы из сферических и пластинчатых частиц, и превосходит их в 2-2,6 раза по прочности на изгиб. Ученые связывают это с высокой площадью поверхности нанотрубок, что гарантировало более плотную и однородную микроструктуру геополимера, а также с наличием в его толще небольшого числа нанотрубок, играющих роль «арматуры». Все это мастерит данные геополимеры особенно интересными для применения, подытожили ученые.