Научные разработки

Образовательная программа была открыта в вузе в 2022 году на кафедре дизайна интерьера и оборудования в рамках реализации в университете программы Минобрнауки России «Приоритет-2030».

«По образовательной программе «3D промышленный дизайн и инжиниринг» осуществляется подготовка специалистов, создающих современную предметную среду: медицинская техника, электронное устройство, бытовая техника, транспорт, промышленное оборудование и многое другое. Ни один современный предмет не может обойтись без руки промышленного дизайнера, улучшающего его эстетические, эргономические и технологические свойства. Студенты, обучающиеся по данному профилю подготовки, уже с первого месяца изучают все необходимые компьютерные программы, с первого семестра работают над проектированием изделий», — рассказывает куратор образовательной программы «3D промышленный дизайн и инжиниринг» в СПбГУПТД Дмитрий Мареев.

Среди представленных студентами проектов — реабилитационные комплексы, лабораторное оборудование, объекты из переработанного текстиля, верстки для людей с ограниченными возможностями, развивающие игрушки, бытовая электроника, стильные аксессуары. Промышленный дизайн каждого объекта разрабатывался по полному циклу, от исследования и эскизов до конструкторской проработки и макета.

«Практико-ориентированный характер обучение направлен на то, чтобы студенты уже с первых дней обучения погружались в профессиональную работу. Мы обучаем ребят думать, моделировать, визуализировать, работать с промышленным оборудованием и 3D принтерами, наглядно изображать свои идеи в виде эскизов, работать в команде. Многие работы, которые представлены на открытых защитах в этом году, были выполнены в рамках конкурсов или по заказу различных организаций. Такие налаженные связи способствуют тому, что старшекурсники уже знают, где они будут работать после получения диплома», — добавляет Дмитрий Мареев.

Студенты четвертого курса проводили более глубокие исследования и разрабатывали собственные дизайн-решения детского реабилитационного и познавательного комплексов, верстака для людей с ограниченными возможностями, модульной кухни.

Студенты третьего курса разрабатывали 3D компьютерную мышь, электроинструменты, слюноотсос, инвалидную коляску с дистанционным управлением, интерьер научной лаборатории, кнопку для квиза.

Студенты второго курса представили коллекции сантехники, объекты из переработанного текстиля, инструменты для сада, для работы с кожей, для обслуживания 3D-принтера, строительные инструменты, детский термометр, ирригаторы для зубов и полости рта, тример, мебель, переноски для животных.

Студенты первого курса представили свои работы по самым разным темам, предлагая уникальные дизайн-решения. Среди них: док-станции, светильники и ночники, сумки для бутылок, деревянные развивающие игрушки, чехлы и кейс-сумки для гаджетов.

Такие эндопротезы используются в медицине для укрепления брюшных стенок и сосудов, а также для предотвращения деформации грудной клетки после операции на легких или сердце. Метод оценки, разработанный в СПбГУПТД, не имеет аналогов, так как существующие стандарты регламентируют только разрывные характеристики и не учитывают циклические нагрузки. При создании метода была разработана программа многоцикловых испытаний и проведены экспериментальные исследования накопления остаточных деформаций эндопротезных сеток с разным трикотажным переплетением от отечественных производителей. Методика может быть использована производителями медицинских изделий для оценки надежности сетчатых имплантатов.

«Хирургические сетки — это ключевой материал в герниологии и абдоминальной хирургии. От их долговечности и неизменности свойств зависит не только успех операции, но и качество жизни пациента. В организме имплант подвергается циклическим воздействиям: дыхание, кашель, движение. Это приводит к изменениям размеров сетки из-за накопления остаточных деформаций, то есть тех, которые не проходят сами собой. Однако в России на сегодня нет методики оценки накопления таких остаточных деформаций эндопротезов при регулярных нагрузках», — комментирует один из авторов разработки, доцент кафедры инженерного материаловедения и метрологии СПбГУПТД Валерия Васильева.

При создании программы испытаний ученые вуза опирались на данные об обратимой деформации мышц брюшной стенки при кашле или физической активности, которая может составлять до 25-30%. В связи с этим авторы разработки во время проведения опытов растягивали образцы эндопротезных сеток с переплетением «трико-трико» и «трико-сукно» до заданных уровней деформирования, составивших 10, 15, 20 и 30% от исходной длины с постоянной скоростью. Далее образцы с той же скоростью разгружались. Всего было произведено 10 таких циклов. После окончания 10-го цикла в течение 10 минут образцы восстанавливались. Затем их замеряли и фиксировали накопленные остаточные деформации. Испытания проводились на универсальной разрывной машине Instron 1122 в университетской лаборатории механики ориентированных полимеров.

«По результатам испытаний, лучше себя показала сетка с переплетением «трико-трико». При растяжении до 30% она деформируется одинаково в разных направлениях. При нагрузке до 15% остаточная деформация не превышает 2%, то есть сетка почти полностью возвращается в исходную форму. Сетка с переплетением «трико-сукно» показывает более высокие значения остаточной деформации — такая сетка в организме человека при разных нагрузках может вести себя непредсказуемо», — рассказывает один из авторов разработки, студентка кафедры инженерного материаловедения и метрологии СПбГУПТД Дарья Минсонова.

Дмитрий Грибоедов – профессор и заведующий кафедрой химической технологии волокнистых веществ в Ленинградском текстильном институте (ныне – СПбГУПТД).

В период блокады Ленинграда под руководством профессора Грибоедова в Спецхимлаборатории Института проводятся исследования приданию огнеупорных свойств хлопчатобумажным тканям, водонепроницаемости серошинельным суконным тканям и тканям для замены брезентов. За эти изобретения ученый награждается орденом Трудового Красного Знамени.

Главным направлением научной работы Дмитрия Грибоедова после войны становятся исследования по разработке теории цветности и крашению волокон. Под руководством ученого в Институте готовится целая плеяда высококлассных специалистов в этой области.

Свои передовые разработки представил также и Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна. Выставку посетил министр науки и высшего образования РФ Валерий Фальков.

В стратегической сессии по теме «Медицина: инновационное развитие ассистивных технологий» выступил руководитель стратегического проекта вуза по оценке эргономики и проектированию безопасной обуви и средств реабилитации на основе биомеханического анализа движения человека Сергей Щербаков.

Сессия стала одним из крупнейших отраслевых событий, посвященных развитию ассистивных технологий в России. В центре внимания — создание отечественных решений для протезирования, нейрореабилитации и восстановления утраченных функций, а также выстраивание полного цикла их разработки: от инженерного проектирования и клинической апробации до патентования, производства и внедрения в практическое здравоохранение.

Сергей Щербаков продемонстрировал разработанную в вузе индивидуальную реабилитационную обувь для детей с ДЦП. Она корректирует особенности походки, повышает стабильность шага, снижает риски травм, компенсирует мышечные и суставные дисфункции, а также повышает комфорт и качество жизни детей. Для разработки изделий специалисты СПбГУПТД используют создаваемую ими базу данных, содержащую параметры нормальной ходьбы здорового человека для сравнения индивидуальных показателей походки детей с ДЦП. База данных охватывает ключевые сценарии ходьбы — от естественной в собственной обуви и в комфортном темпе до ходьбы босиком или в сандалиях.

«Проект посвящен созданию информационной системы для оценки эргономики и проектирования безопасной обуви и средств реабилитации на основе биомеханического анализа движения человека. В лаборатории биомеханики движения накоплен богатый опыт сотрудничества с центрами реабилитации в области анализа походки детей с ДЦП. Вместе с реабилитологами решались задачи поиска оптимальных конструктивных решений низа обуви, позволяющих приблизить походку пациента к норме. В результате применения разработанного в лаборатории конструктора низа обуви — это можно сделать быстро и эффективно», — отметил Сергей Щербаков.

В ряде случаев специалисты СПбГУПТД не только разработали конструкцию индивидуальной обуви для пациентов, но и изготовили пары обуви на производственных мощностях вузовского учебно-производственного комплекса. Специально разработанная подошва была напечатана в университетской Лаборатории аддитивных технологий. Ученые в рамках проекта собирают базу референсных значений биомеханических параметров походки разных групп с разными скоростями.

«База станет отечественным эталоном для оценки походки человека. Отдельным проектом стала разработка программного обеспечения, для биомеханического анализа походки, что вызвало большой интерес у медицинских и технологических компаний. На сессии наметились перспективы партнерства с разработчиками камер, что открывает перспективы создания первого в России отечественного программно-аппаратного комплекса для биомеханического анализа движения. На сессии много внимания уделялось перспективам технологий захвата и анализа движения в области протезирования. Ярким примером необходимости развития этих технологий является наше сотрудничество с Центром инноваций в травматологии и ортопедии Госкорпорации Ростех», — добавил Сергей Щербаков.

Большой интерес и поддержку вызвали инициативы специалистов СПбГУПТД о разработке специальной обуви для протезированных конечностей. Исследования сотрудников лаборатории биомеханики движения позволяют сделать вывод, что проектировать обуви для здоровой ноги и протеза нужно, руководствуясь разными биомеханическими принципами, так как паттерн движения существенно отличается. С помощью специальной обуви можно решить большое количество проблем и существенно повысить эффективность реабилитации пациентов с протезом нижних конечностей, — считают эксперты СПбГУПТД.

Министр науки и высшего образования РФ Валерий Фальков в ходе визита в Сеченовский университет рассказал об участии вузов в развитии ассистивных технологий в России, открыв стратегическую сессию «Медицина: инновационное развитие ассистивных технологий».

«Сегодня перед всеми нами стоит важная задача — наладить эффективное взаимодействие между университетами, научными и медицинскими организациями, промышленностью для качественной реабилитации участников специальной военной операции и всех, кто нуждается в такой помощи», — сказал Валерий Фальков.

Деловую программу сопровождала демонстрационная выставка, на которой ведущие университеты, организации Госкорпорации Ростех и технологические компании представили инновационные разработки — от спортивных и биоэлектрических протезов до нейроинтерфейсов, цифровых систем анализа движений и адаптированного транспорта для людей с инвалидностью.

Совместно с Центром инноваций в травматологии и ортопедии Госкорпорации Ростех Университет промышленных технологий представил выставочный стенд. Среди образцов — манекен, на который были установлены спортивные протезы, дающие возможность людям с ограниченными возможностями здоровья вести полноценный образ жизни, заниматься тяжелой атлетикой, бегом, плаванием, горными лыжами и другими видами спорта.

«На манекен мы установили светоотражающие маркеры согласно специальной модели, которую мы используем, проводя исследования в Лаборатории научной биомеханики движения. Так мы продемонстрировали часть процесса по оценке эффективности протезов, ортезов, которую проводим в Университете промышленных технологий и дизайна», — комментирует специалист Лаборатории научной биомеханики движения СПбГУПТД Екатерина Некрасова.

Новая технология на базе нечеткого моделирования заменит существующие алгоритмы управления процессом влажно-тепловой обработки (ВТО) тканей на текстильных и швейных производствах. Дело в том, что стандартная технология снижает качество изделий из-за отсутствия гибких режимов обработки разных видов материалов, а новая — обеспечит более точное управление гладильным прессом. Результаты опубликованы в журнале «Технология текстильной промышленности» (Scopus).

«Важным этапом в производстве швейных изделий является процесс влажно-тепловой обработки с использованием гладильного пресса, в котором осуществляется регулирование температуры, давления пара и его расход. Однако такие прессы часто настроены на определенные типы тканей и режимы их обработки, и с переходом на новые материалы или изменением в составе тканей ВТО может не обеспечить необходимое качество изделий», — комментирует один из авторов разработки, профессор кафедры автоматизации производственных процессов СПбГУПТД Валентина Сигачева.

Ученым вуза удалось решить эту проблему. Ими была предложена система управления гладильным прессом методом нечеткого моделирования с помощью программ Matlab, Simulink и FuzzyTech. Система мониторит три ключевых параметра ВТО — температуру (от 80 до 250 °С), расход пара (от 100 до 300 г/мин) и давление пара (от 0,1 до 0,5 МПа) — и реагирует на отклонения значений заданных параметров в диапазонах от −1 до 1 °С, от −0,2 до 0,2 МПа и −1 до 1 г/мин. Система устойчива к изменению условий окружающей среды и способна настраивать мощность нагревательных элементов от 2 до 6 кВт, угол поворота клапана давления от 0 до 90°, угол поворота клапана расхода от 0 до 90°.

«Нечеткая система управления гладильным прессом способна моделировать сложные взаимодействия параметров (температура, давление, влажность), которые трудно описать традиционными методами. Кроме того, она может адаптироваться к изменяющимся условиям работы и особенностям конкретного изделия или материала без необходимости перепрограммирования или сложных настроек. За счет чего обеспечивается равномерное и качественное глажение, легче настраиваться и корректироваться, поскольку она использует лингвистические правила и термы», — добавляет студентка кафедры автоматизации производственных процессов СПбГУПТД Анастасия Митюрина.

Разработанная учеными СПбГУПТД технология может быть дополнена и расширена системами регулирования других параметров, которые также имеют большое влияние на качество ВТО, например, влажность, неровность ткани, сила давления нагреваемой поверхности на ткань.

Новая технология на базе нечеткого моделирования заменит существующие алгоритмы управления процессом влажно-тепловой обработки (ВТО) тканей на текстильных и швейных производствах. Дело в том, что стандартная технология снижает качество изделий из-за отсутствия гибких режимов обработки разных видов материалов, а новая — обеспечит более точное управление гладильным прессом. Результаты опубликованы (https://ttp.ivgpu.com/?page_id=20479) опубликованыв журнале «Технология текстильной промышленности» (Scopus).

«Важным этапом в производстве швейных изделий является процесс влажно-тепловой обработки с использованием гладильного пресса, в котором осуществляется регулирование температуры, давления пара и его расход. Однако такие прессы часто настроены на определенные типы тканей и режимы их обработки, и с переходом на новые материалы или изменением в составе тканей ВТО может не обеспечить необходимое качество изделий», — комментирует один из авторов разработки, профессор кафедры автоматизации производственных процессов СПбГУПТД Валентина Сигачева.

Ученым вуза удалось решить эту проблему. Ими была предложена система управления гладильным прессом методом нечеткого моделирования с помощью программ Matlab, Simulink и FuzzyTech. Система мониторит три ключевых параметра ВТО — температуру (от 80 до 250 °С), расход пара (от 100 до 300 г/мин) и давление пара (от 0,1 до 0,5 МПа) — и реагирует на отклонения значений заданных параметров в диапазонах от -1 до 1 °С, от -0,2 до 0,2 МПа и -1 до 1 г/мин. Система устойчива к изменению условий окружающей среды и способна настраивать мощность нагревательных элементов от 2 до 6 кВт, угол поворота клапана давления от 0 до 90°, угол поворота клапана расхода от 0 до 90°.

«Нечеткая система управления гладильным прессом способна моделировать сложные взаимодействия параметров (температура, давление, влажность), которые трудно описать традиционными методами. Кроме того, она может адаптироваться к изменяющимся условиям работы и особенностям конкретного изделия или материала без необходимости перепрограммирования или сложных настроек. За счет чего обеспечивается равномерное и качественное глажение, легче настраиваться и корректироваться, поскольку она использует лингвистические правила и термы», — добавляет студентка кафедры автоматизации производственных процессов СПбГУПТД Анастасия Митюрина.

Разработанная учеными СПбГУПТД технология может быть дополнена и расширена системами регулирования других параметров, которые также имеют большое влияние на качество ВТО, например, влажность, неровность ткани, силадавления нагреваемой поверхности на ткань.

В марте 1973 года к руководству института поступило задание по разработке ткани. К этому времени Александр Дмитриевич стал кандидатом наук в области текстильной промышленности, автором не менее пяти изобретений. Молодой исследователь воспринял предложение как рядовую работу. На самом деле это был своеобразный «космический мост». Совместный полет «Союз — Аполлон» стал символом возможного сотрудничества двух супердержав, научно-техническим преодолением.

Созданный Александром Дмитриевичем образец тканеподобного трикотажа с повышенными термостойкими свойствами для костюмов космонавтов успешно прошел закрытые испытания на огнестойкость и термостойкость. Его термостойкая ткань защищена авторским свидетельством Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР.

Подробнее о вкладе советского инженера СПбГУПТД читайте в материале (https://sutd.ru/success-stories/aleksandr-vinogradov/).

Сегодня это ведущий учебный и научный центр в области целлюлозно-бумажной промышленности и энергетики с большой историей. Учреждение получило мировое признание за создание и внедрение в производство принципиально новых технологических и конструкторских решений как в нашей стране, так и за ее пределами.

В состав Высшей школы технологии и энергетики СПбГУПТД входит 28 кафедр, учебные, научные, финансовые, административно-хозяйственные подразделения, успешно осуществляющие подготовку квалифицированных специалистов и научных кадров для отраслей экономики. Ежегодно в ВШТЭ обучаются более 4500 студентов всех форм обучения по образовательным программам бакалавриата, магистратуры и аспирантуры.

На торжественном концерте гостям показали фильм об истории Высшей школы технологии и энергетики СПбГУПТД и подвели итоги деятельности за последние пять лет.

«За 95 лет Высшая школа технологии и энергетики стала крупным научно-исследовательским кластером. За свою историю она прошла разные этапы становления и путь от отраслевого института до значимого научно-образовательного ядра нашего университета. Сегодня выпускники ВШТЭ решают прикладные задачи по импортозамещению, снижению экологической нагрузки на окружающую среду, внедрению цифровых технологий в производственные циклы. Также здесь в рамках программы “Приоритет 2030” реализуется масштабный стратегический технологический проект “Технология биоразлагаемых упаковочных материалов на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности”. Хочу поблагодарить профессорско-преподавательский состав и сотрудников Высшей школы технологии и энергетики за преданность делу и воспитание талантливой молодежи. Желаю, чтобы следующие пять лет до векового юбилея были наполнены новыми проектами, грантами и победами студентов», – сказал ректор СПбГУПТД Алексей Демидов.

Гости события посетили приуроченную к юбилею выставку «Делюсь своим прекрасным». Свои творческие работы, выполненные в различных техниках и жанрах, представили сотрудники, преподаватели и члены их семей. Творческие коллективы университета подарили собравшимся праздничные номера. Лучших сотрудников Высшей школы наградили памятными наградами.

Также участники мероприятия увидели научный потенциал Школы – лаборатории – и узнали о проводимых исследованиях. Например, в лаборатории автоматизированного электропривода сотрудники рассказали про использование контроллеров в системах управления технологическими процессами.

В лаборатории физико-механических испытаний целлюлозно-бумажной продукции они продемонстрировали, как определяют яркость, белизну, цветность, флюоресцентность и непрозрачность бумаги в соответствии с международными стандартами.

На передовой целлюлозно-бумажной промышленности

Вуз образован в 1931 году в период ускоренной индустриализации. Созданный на базе ряда разнопрофильных учебных заведений, он получил название Всесоюзный учебный комбинат промышленной кооперации им. Молотова, а в 1938 – переименован в Ленинградский технологический институт им. Молотова. В начале Великой Отечественной войны страна нуждалась в кадрах по специальности целлюлозно-бумажной промышленности, поэтому вуз начинает развиваться как специализированное отраслевое учреждение с соответствующей подготовкой. В 1959 году происходит преобразование в Ленинградский технологический институт целлюлозно-бумажной промышленности (ЛТИ ЦБП). В это же время из-за нехватки инженеров-энергетиков в структуре вуза образуется теплоэнергетический факультет. Два крупных самостоятельных направления до сих пор отражены в современном названии Высшей школы.

В 1981 году институт наградили орденом Трудового Красного Знамени, а в 1986-м утвердили статус ведущего отраслевого высшего учебного заведения страны. Это стало официальным признанием его роли как главной кузницы инженерных кадров для ЦБП СССР. Основным научным направлением тогда стала глубокая химическая переработка древесины. Среди достижений, которые в тот период получили мировое признание: технология кислородной (бесхлорный) отбелки целлюлозы, используемая в настоящее время всеми предприятиями ЦБП мира; технологические и конструкторские решения принципиально нового способа производства бумаги методом аэродинамического формования, не имеющего мировых аналогов; технология синтетических видов бумаги и новых композиционных материалов, используемых, в том числе в космонавтике; замкнутый цикл бессточной системы водопользования на Селенгинском ЦБК, за разработку которого присуждена Государственная премия РФ в области науки и техники; разработки в области проклейки бумаги – использование димеров алкилкетена, которое легло в основу технологий производства многих видов бумаги и картона (научная школа профессора Н. П. Перекальского); исследования в области получения сульфитной целлюлозы, позволившие создать научные основы для совершенствования этого ключевого технологического процесса (научная школа профессора Ю. Г. Бутко); производство декоративных переплетных материалов на бумажной основе – создание в стране нового направления; первая опытно-промышленная установка, которая позволила внедрить технологию на Калининградском ЦБК (разработки профессора Ф. Б. Клупт). Среди международных и отраслевых технологий следует отметить технологии варки целлюлозы из недревесного сырья – тростника для Астраханского ЦБК и Румынии, соломы для Китая, травы альфа для Судана и Вьетнама, а также технологии кислородной варки и окисления варочного раствора для снижения выбросов токсичных веществ. Также ученые института совершили важные открытия в градиентной оптике. Разработки лауреата государственных премий СССР в области науки и техники профессора Ленинградского технологического института целлюлозно-бумажной промышленности Г.О. Карапетяна по заказу Министерства обороны используются до сих пор в военной и гражданской технике (лазерные устройства, множительная техника, эндоскопы, бинокли, градиентные очки).

С 1979 года ЛТИ ЦБП становится базовой организацией Научного совета по проблеме комплексного использования и воспроизводства лесных ресурсов Межведомственного координационного совета АН СССР в Ленинграде, в 1986 – ведущим отраслевым высшим учебным заведением страны.

Объединение и новые горизонты

В 1993 году институт получил статус университета – Санкт-Петербургского государственного технологического университета растительных полимеров (СПбГТУРП), был базовой организацией и координатором всех работ по федеральной целевой научно-технической программе «Комплексное использование древесного сырья», председатель научного совета – профессор О. А. Терентьев. Вуз соответствовал университетским требованиям: число специальностей увеличилось в три раза, подготовка кадров стала комплексной, расширилось преподавание общеобразовательных гуманитарных дисциплин. Результаты разработок коллективов ученых СПбГТУРП демонстрировались на выставке «Инновационная деятельность вузов» в Доме Правительства Российской Федерации, высоко оценивались Председателем Правительства. Университет получил 26 дипломов крупных международных выставок и, в том числе ярмарки в Лейпциге, Национальной выставки в Берлине. Авторы разработок получили 10 золотых, 32 серебряных, 59 бронзовых медалей ВДНХ СССР. Интеллектуальная собственность университета на тот момент составила 1650 патентов и авторских свидетельств.

2016 год стал этапом объединения с Университетом технологии и дизайна. Новое название звучало так – Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна. Интеграция двух вузов связана со стремлением создать единый конкурентоспособный образовательный и научно-исследовательский центр международного уровня.

Высшая школа технологии и энергетики сейчас

Современная Высшая школа технологии и энергетики СПбГУПТД – наукоемкий кластер, который решает актуальные задачи промышленности, занимается импортозамещением и внедрением цифровых технологий. Здесь реализуется совместный проект с ГК «Илим» под названием «Лиственница» с общим объемом финансирования свыше 300 млн. руб. Инновационность разработанных технологий подтверждена 19 патентами РФ. Благодаря проекту ВШТЭ имеет современные научные лаборатории, активно включенные в учебный процесс. Также Высшая школа технологии и энергетики реализует программу в области глубокой химической переработки древесины на предприятиях ЛПК России (модификация варочных процессов, получение модифицированных видов целлюлозных материалов для производства пластмасс, усовершенствование технологии производства бумаги и картона, получение материалов и новых продуктов из вторичного сырья при переработке древесины); программу в области энергосберегающих теплотехнологий и охраны окружающей среды, включая охрану водных ресурсов от воздействия хозяйственной деятельности предприятий.

Здесь в рамках федеральной программы «Приоритет-2030» разработаны технологии для импортозамещения оборудования КИПиА, создания биоразлагаемых упаковочных материалов и биотопливных брикетов, а также получения распушенной целлюлозы для санитарно-гигиенических изделий. В стенах Высшей школы проводятся фундаментальные исследования по ресурсосберегающей технологии тест-лайнера с белым покровным слоем, которые получили развитие в совместных международных грантах СПбГУПТД и БГТУ (Республика Беларусь) по разработке методик анализа композиционных материалов.

К слову, именно ученые Высшей школы технологии и энергетики СПбГУПТД в 2022 году, когда Финляндия прекратила поставки химического реагента, с добавлением которого получается беленая целлюлоза для бумаги, создали новую технологию ее производства. Они не использовали импортные химикаты для отбеливания целлюлозы, что сделало продукт экологичным и упростило переработку. Новая эко-бумага была реализована в качестве бланков для ЕГЭ и ОГЭ. Кроме того, ее появление на рынке привело к изменениям в государственных стандартах и дополнениям к ГОСТу по бумаге для офисной техники. Тогда функционирование целлюлозно-бумажного комбината в Светогорске, важнейшего системообразующего предприятия региона, было под угрозой, а цены на бумагу выросли в 5 раз. Но ЦБК не остановил работу. В кратчайшие сроки комбинат перешел на изготовление совершенно новой экологической бумаги бежевого цвета.

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 связущего, 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.

Кислоту предлагают получать из отходов текстильной отрасли. Сейчас в России ТФК выпускает только одно предприятие, которое удовлетворяет 70% спроса на продукт, остальная часть поставляется из Китая. Технология химиков СПбГУПТД позволит импортозаместить ТФК без строительства нового производства. А кроме того, новый метод экологичнее и экономичнее традиционного, а также способен синтезировать продукт с минимальным содержанием примесей.

«В России до 80% потребления терефталевой кислоты используется в производстве ПЭТ — полиэтилентерефталата, основного сырья для выпуска одного из самых популярных в мире видов пластика, который применяется в пищевой, медицинской и химической промышленности, в автомобилестроении и электротехнической отрасли. По данным на 2025 год, ежегодная потребность в ТФК в России составляет около 500 тыс. т., из них порядка 150 тыс. т. ввозится из-за рубежа. Однако по прогнозу аналитиков, так как рынок ПЭТ в России в ближайшие два года вырастет более чем на 20%, возрастет и необходимость в производстве ТФК», — рассказывает профессор кафедры химических технологий им. проф. А. А. Хархарова СПбГУПТД, руководитель проекта «Стратегическое сырье для легкой промышленности» Елена Сашина.

Способ, разработанный учеными Университета промышленных технологий и дизайна, не только удовлетворит потребность рынка, но и позволит получать терефталевую кислоту, содержащую чистый продукт без катализаторных ядов.

«Традиционный промышленный способ получения терефталевой кислоты заключается в каталитическом окислении п-ксилола. Под действием кислорода, повышенного давления и высокой температуры (180-230°C) ароматический углеводород сначала превращается в п-толуиловый альдегид, а затем в п-толуиловую кислоту. При дальнейшем окислении п-толуиловой кислоты образуются терефталевая кислота и 4-карбоксибензальдегид. При этом обычно используют агрессивную среду — уксуснокислую. Помимо жестких условий реакции есть еще один недостаток — образование побочных продуктов, которые являются катализаторными ядами в дальнейших химических технологиях, где сырьем является терефталевая кислота», — комментирует один из авторов разработки профессор кафедры химических технологий им. проф. А. А. Хархарова СПбГУПТД Анна Михайловская.

Ученые университета синтезируют ТФК в мягких условиях, для создания которых необходимы лишь температура не выше 150 °С, водная среда и атмосферное давление. Технология представляет собой процесс специфического каталитического гидролиза полиэфирного волокна через получение растворимой в воде соли кислоты, а затем кристаллизации самой кислоты. Таким образом сначала отделяются нерастворимые в воде текстильно-вспомогательные вещества, например, красители, диспергаторы, препараты малосминаемой и водоотталкивающей отделки, а на стадии кристаллизации происходит удаление растворимых в воде примесей.

Еще одним преимуществом новой технологии является простота внедрения. Для этого не требуется строить новое предприятие, так как химики предлагают синтезировать ТФК из отходов текстильных предприятий. Достаточно оборудовать текстильные производства цехом, в котором будет работать участок измельчения отходов, реактор атмосферного давления для синтеза терефталевой кислоты, а также участок для очистки, фильтрования и сушки ТФК.

Дополнительно технология решит экологическую проблему, связанную с загрязнением окружающей среды синтетическими трудноразлагаемыми текстильными изделиями, в числе которых одежда, интерьерные ткани, а также утепляющие материалы, например, синтепон.