PlasticPortal.eu - denne aktualizovaný portál pre plasty a gumu

Aktuality
Zoznámte sa s novou dutinovou doskou SIMONA® s krížovým rebrovaním

24.07.2017 | Výskum a vývoj spoločnosti SIMONA® aj ďalej zlepšuje efektivitu využitia materiálov a stabilitu dutinových dosiek. Výsledkom nových technických zmien je dutinová doska s krížovým rebrovaním s celkovou tenšou hrúbkou steny.

Všetko najlepšie, Fakuma!

20.07.2017 | Fakuma, medzinárodný veľtrh pre spracovateľov plastov, oslavuje v tomto roku svoje 25. výročie.

Ochranné relé pre optimálny výkon bez kompromisov

18.07.2017 | Potrebujete sa vyvarovať škodám spôsobenými poruchami v elektrickej rozvodnej sieti a tak si zabezpečiť, aby stroje robilo to, na čo sú určené?

Možnosti získania grantu v Slovenskej republike

14.07.2017 | Prehľad noviniek - júl 2017.

Novinka: Dosky s aretačnou drážkou od STRACK

12.07.2017 | Teraz môžeme kombinovať: Nové doštičky STRACK s drážkou ako protikus odpružených aretáciou šíber.

 
Plastikársky slovník
Portál ZÁKONY A NORMY
Portál ZÁKONY A NORMY
Aktuálne v legislatíve
Obsah PAH v predmetoch a v hračkách

03.07.2017 | Na webovej stránke ECHA je nová výzva na predkladanie pripomienok a dôkazov týkajúce sa obsahu PAH uvedeného v položke 50 prílohy XVII nariadenia REAC ...

Nová vydaná změna nařízení č. 10/2011 (nařízení PIM) o materiálech a předmětech z plastů určených pro styk s potravinami

31.05.2017 | Nařízení Komise č. (EU)2017/752 mění a opravuje nařízení PIM o materiálech a předmětech z plastů určených pro styk s potravinami:

Verejná konzultácia o pravidlách zodpovednosti výrobcu za škodu spôsobenú chybou výrobku

10.04.2017 | Európska Komisia začala na svojich webových stránkach verejnú konzultáciu o pravidlách zodpovednosti výrobcu za škodu spôsobenú chybou výrobku.

Zdravotnícke pomôcky - Systémy manažérstva kvality

07.12.2016 | Norma pre Zdravotnícke pomôcky - Systémy manažérstva kvality - Požiadavky na splnenie predpisov, z decembra 2016.

Připravuje se novela zákona č. 477/2001 Sb. o obalech

29.11.2016 | Připravovaná novela zákona č. 477/2001 Sb. o obalech se týká se povinného zpoplatnění pouze lehkých plastových odnosných tašek s tloušťkou stěny do 50 ...

 
Newsletter
CAPTCHA Image
 
Úvod > Aktuálne články > Centrum pre aplikovaný výskum environmentálne vhodných polymérnych materiálov
Centrum pre aplikovaný výskum environmentálne vhodných polymérnych ...
 
 
Centrum pre aplikovaný výskum environmentálne vhodných polymérnych materiálov

Centrum pre aplikovaný výskum environmentálne vhodných polymérnych materiálov

Vybudovanie centra je výsledkom projektu spolufinancovaného z finančného mechanizmu EHP a Nórskeho finančného mechanizmu a zo štátneho rozpočtu SR.

Úvod

Klasické plasty sa v priebehu 20.storočia stali materiálmi bežne využívanými v rôznych priemyselných odvetviach. Využívajú sa v stavebníctve, v elektrotechnike, v automobilovom priemysle, pri výrobe textilných vlákien, lepidiel, lakov, náterových hmôt, ako aj obalových materiálov. Rozsiahle uplatnenie si našli najmä vďaka výhodným chemickým a fyzikálno-mechanickým vlastnostiam, bezproblémovej spracovateľnosti, a taktiež vysokej odolnosti voči vplyvom prírodného prostredia. Napríklad obalové materiály vyrobené z klasických plastov však predstavujú významný objem komunálneho, ako aj technologického odpadu, ktorý je bez vyhliadky na rozklad účinkom prirodzených síl daného ekosystému (činnosť mikroorganizmov...). Klasické plasty majú totiž životnosť rádovo stovky rokov, pričom látky ktoré sa uvoľnia pri ich rozklade spôsobenom svetelným žiarením, účinkom tepla, pôsobením atmosférického kyslíku, čiže pôsobením poveternostných vplyvov, môžu byť toxické. Reakciou na ekologický problém spojený s odpadom tvoreným klasickými polymérnymi materiálmi sú snahy o využitie syntetických biodegradovateľných polymérov (PVAL, PLA...), alebo tzv. prírodných polymérov získavaných z obnoviteľných zdrojov (škrob, celulóza...).

V prípade využitia surovín z obnoviteľných zdrojov chránime nielen životné prostredie, ale zároveň šetríme fosílne zdroje surovín pre aplikácie, pri ktorých zatiaľ nepoznáme rovnocennú surovinovú náhradu. Nevýhodou biodegradovateľných materiálov je zatiaľ ich vysoká cena, keďže sú produkované len v malých objemoch oproti klasickým petrochemickým produktom. Problémom pri použití bio-materiálov je aj zlúčenie požiadavky čo najväčšej stálosti pri spracovaní ako aj funkčných vlastností počas doby používania obalu s jeho čo najrýchlejšou degradáciou po použití. Riešenie týchto technologicko-aplikačných problémov môže byť v kompozícii viaczložkového materiálu, kde pri vhodnej vzájomnej kombinácii dvoch alebo viacerých polymérov je možné dosiahnuť akceptovateľný kompromis.

Na Oddelení plastov a kaučuku, Ústavu prírodných a syntetických polymérov FCHPT, STU, bola v posledných rokoch venovaná značná pozornosť vývoju nových typov zmesných biodegradovateľných kompozitných materiálov. Modernizácia a dobudovanie výskumnej a vývojovej infraštruktúry a prístrojového vybavenia Centra pre aplikovaný výskum environmentálne vhodných polymérnych materiálov – CEPOMA je ďalším krokom na ceste od laboratórneho výskumu ku komerčnému využitiu biodegradovateľných materiálov v priemysle na Slovensku.   


Vybrané perspektívne biodegradovateľné polyméry a ich základné vlastnosti

   Poly(ε-kaprolaktón) (PCL)

Poly(ε-kaprolaktón) je lineárny syntetický polyester[1]. Základnou štruktúrnou jednotkou PCL je -[-O-(CH2)5-CO-]-.Veľmi dobre odoláva vode, má flexibilný polymérny reťazec, vykazuje vysoké predĺženie pri pretrhnutí (až 700%) a relatívne nízky modul pružnosti. Vysoká flexibilita reťazca je dôsledkom nízkej teploty sklovitého prechodu (-60°C). Pevnosť PCL sa pohybuje v rozmedzí 20 až 40MPa, hodnoty Youngovho modulu pružnosti dosahujú 200 až 400MPa. PCL má nízku teplotu topenia (58-60°C), preto je ľahko spracovateľným materiálom. Je úplne biodegradovateľný, pričom degradácia môže prebiehať pôsobením enzýmov, lipáz a výlučkov mikroorganizmov[2].

   Polyvinylalkohol (PVAL)

 Polyvinylalkohol je syntetický semikryštalický polymér, úplne biodegradovateľný, rozpustný vo vode[3]. Základná štruktúrna jednotka PVAL je znázornená na obrázku 1:

   obr.1: Základná štruktúrna jednotka PVAL

Vďaka rozpustnosti vo vode, odolnosti voči olejom, tukom, organickým rozpúšťadlám a výborným bariérovým vlastnostiam sa PVAL používa v rozmanitých priemyselných aplikáciách, napr. ako adhezívum a dispergátor v papierenskom priemysle, ako obal pre farmaceutické produkty, potravinové obaly a pre špeciálne obaly (agrochemikálie, vaky pre práčovne a podobne)[4].

   Škrob

Škrob patrí k najrozšírenejším zásobným polysacharidom v rastlinnej ríši. Je považovaný za jeden z najperspektívnejších materiálov v oblasti biodegradovateľných polymérnych materiálov vďaka jeho výhodnej cene[5]. Základ škrobu tvorí glukózový zvyšok C6H10O5. Čistý škrob je snehobiely prášok, ktorý sa skladá zo škrobových zŕn veľkosti 2 až 150 μm. Ich tvar, chemické zloženie a rozmery sú charakteristické pre každú rastlinu a tiež závisia od vegetačného prostredia. V najväčšom množstve ho obsahujú semená (kukurica, pšenica, ryža, cirok), hľuzy a korene (zemiaky, maniok, batát a i.) rastlín. Škrob vysušený pri teplote 100-110°C je veľmi hygroskopický. Škrob a výrobky z neho sa tradične využívajú v potravinárstve. Používa sa však aj v mnohých ďalších technických aplikáciách, napríklad pri výrobe lepidiel, v textilnom priemysle, pri výrobe papiera.

Aby bolo možné škrob termoplasticky spracovávať, je potrebné narušiť jeho kryštalickú štruktúru. Tento proces sa uskutočňuje pri zvýšenej teplote a tlaku za prítomnosti plastifikátora pomocou dvojzávitovkového vytlačovacieho zariadenia. Ako plastifikátor sa používa najčastejšie voda spolu s glycerínom, polyetylénglykolom prípadne triacetínom[6]. Takto pripravený škrob sa nazýva termoplastický (TPS). TPS môže byť spracovávaný ako termoplast, ale jeho nízka pevnosť a slabá odolnosť voči vode bránia jeho širšiemu použitiu. Preto sa TPS často používa v zmesiach s inými polymérmi. Zmesi vhodného polyméru a TPS vykazujú spravidla vyššie pevnosti a zvýšenú odolnosť voči vode ako samostatný škrob. Konkrétne sa škrob používa v kombinácii so syntetickými polymérmi napríklad pri výrobe poľnohospodárskych mulčovacích fólií, kde degraduje na neškodné produkty a pri výrobe potravinových fólií s nízkou priepustnosťou kyslíka[7].

   Chitín a chitozán

Chitín je ďalším z veľmi rozšírených polysacharidov. Nachádza sa v hubách, je súčasťou tkanív hmyzu a schránok morských živočíchov – napr. krabov a  homárov. Chitín je najčastejšie získavaný práve zo schránok morských živočíchov a chitozán je priemyselne vyrábaný deacetyláciou z chitínu. Vlastnosti chitozánu výrazne závisia na jeho molekulovej hmotnosti. Chitozán je rozpustný vo vode, v niektorých organických rozpúšťadlách a je úplne biodegradovateľný. Chitín a chitozán sú biokompatibilné, vykazujú schopnosť zastavovať krvácanie a obmedzujú zrážanlivosť krvi. Tieto vlastnosti ich predurčujú na použitie v medicíne. Tenké filmy, ktoré je možné z nich vytvoriť sú priepustné pre vzduch, čo je ďalšia vlastnosť využiteľná predovšetkým pri regenerácii tkanív. Keďže tieto polyméry sú požívateľné, majú uplatnenie v potravinárskom priemysle ako aj v poľnohospodárstve[8].

   Celulóza

Celulóza je základným materiálom bunkových stien rastlín. Lineárne reťazce celulózy sú chemicky homogénne, vytvorené z β-D-gluko-pyranózy pospájanej β-glykozidickou väzbou[6]. Vo výrobe sa označuje ako technická celulóza, bežnejšie ako buničina. Celulóza je vo vode nerozpustná. Mechanické vlastnosti prírodných celulózových vlákien sú závislé od typu celulózy, pretože každý typ má svoju vlastnú bunkovú geometriu[9]. Napriek tomu, že celulóza je lineárny polymér, nemá vlastnosti termoplastu. Je to spôsobené silnými intermolekulárnymi vodíkovými väzbami, ktoré zamedzujú pohybu molekúl, dostatočnému pre vznik taveniny. Celulóza sa používa v polymérnych zmesiach ako plnivo z dôvodu zníženia ceny polyméru a na spevnenie kompozitných materiálov (napr. mikrocelulózové vlákna)[10].

   Polyhydroxybutyrát (PHB)

Najjednoduchším predstaviteľom poly(β-hydroxyalkanoátov) je poly(β-hydroxybutyrát). Je to bakteriálny polyester, ktorý pochádza z obnoviteľných zdrojov. PHB sa nachádza v cytoplazme baktérií vo forme granúl, ktorých priemer dosahuje 0,5μm. Baktérie si vytvárajú zásobu PHB, ktorú využívajú ako zdroj energie. PHB je úplne biodegradovateľný materiál[10]. Vykazuje výbornú pevnosť a tuhosť. Je však vysoko citlivý na termickú degradáciu a veľmi krehký. Napriek týmto negatívam je PHB materiálom, ktorý pravdepodobne v kombinácii s inými polymérmi, ktorých prítomnosť v zmesi zlepší jeho spracovateľnosť a výsledné vlastnosti, nájde v budúcnosti širšie uplatnenie v priemysle.

   Polymliečna kyselina (PLA)

Kyselina polymliečna sa vyrába polymerizáciou kyseliny mliečnej, ktorá vzniká napr. fermentáciou škrobov. PLA môže vykazovať semikryštalickú štruktúru a pri rýchlom chladení môže vzniknúť aj amorfný materiál. Kryštalizácia nastáva pri teplote 80˚ až 100˚C. Polymér je tuhý a krehký, ale použitím plastifikačných činidiel je možné dosiahnuť zlepšenie mechanických vlastností. Medza pevnosti v ťahu zvyčajne dosahuje 60 MPa a predĺženie okolo 8%. Plastifikáciou je možné polymér modifikovať a zvýšiť predĺženie až na 300%, pričom pevnosť v ťahu sa zvýši na hodnotu cca 40 MPa. PLA je úplne biodegradovateľný materiál. Tento polymér je spracovateľný ako bežné polyolefíny, avšak pri teplote do 200˚C, aby nedošlo k termickej degradácii. Aj keď je PLA svojimi  parametrami porovnateľná s klasickými polymérmi, jej cena je stále limitujúcim faktorom jej použitia. Najväčšie uplatnenie nachádza pri výrobe plastových obalov, hygienických produktov, kompostovateľných nádob pre rastliny a kuchynského riadu na jedno použitie. Začína sa taktiež využívať v medicínskych aplikáciách ako sú napr. kostné implantáty[8].


Biodegradácia polymérov – prírodná recyklácia

Biorozložiteľnosť, alebo biodegradácia je definovaná ako odstraňovanie organických látok z environmentu vďaka metabolickej aktivite biocenózy, ktorá sa aktuálne vyskytuje v danom prostredí[11]. Polymérne materiály môžu vo všeobecnosti degradovať:

  • fotodegradáciou
  • oxidáciou
  • tepelnou degradáciou
  • mechanickou degradáciou
  • biodegradáciou účinkom mikroorganizmov

Primárne biodegradačné procesy sú hydrolýza a oxidácia. Proces biodegradácie polymérov prebieha v dvoch stupňoch, pričom prvým stupňom je depolymerizácia a druhým mineralizácia. V priebehu depolymerizácie dochádza k fragmentácii makromolekúl štiepením na reťazce s nižšou molekulovou hmotnosťou. Mineralizácii predchádza vznik oligomérnych fragmentov reťazca polyméru, ktoré sú schopné transportu do mikroorganizmov. V tele mikroorganizmov dochádza k ich bioasimilácii a následnej mineralizácii. Mineralizácia vedie k vzniku plynov (CO2, CH4, N2, H2), vody, solí, minerálov a biomasy. Podľa podmienok, pri ktorých biodegradácia prebieha poznáme:

  • aeróbnu biodegradáciu (za prístupu vzduchu)
  • anaeróbnu biodegradáciu (bez prístupu vzduchu)
  • biodegradáciu v pôde
  • biodegradáciu vo vode (sladkej alebo morskej)
  • biodegradáciu na skládke odpadu
  • biodegradáciu v komposte

Na rýchlosť biodegradácie polymérov má teda rozhodujúci vplyv štruktúra polyméru ako aj fyzikálne podmienky, v ktorých prebieha. Tieto podmienky sú dané vlhkosťou, hodnotou pH, koncentráciou kyslíka a v neposlednom rade teplotou. Hodnota pH určuje aký druh mikroorganizmov sa v danom prostredí bude schopný vyvíjať[12].

Vďaka prírodným rozkladným procesom sa atómy uhlíka vracajú naspäť do ekosystému vo forme oxidu uhličitého, aby mohli byť znovu využité v procese fotosyntézy a stali sa teda následne súčasťou biopolymérov. Aj živočíchy prispievajú svojim dýchaním, trávením potravy a vylučovaním k procesom premien. Tieto procesy sú súčasťou tzv. uhlíkového cyklu, ktorý je pre život na Zemi nepostrádateľný. V prírode existuje aj cyklus dusíkový, sírny, fosfátový a vodíkový, ktoré sa taktiež podieľajú na procese biodegradácie plastov[8].


Funkcie Centra pre aplikovaný výskum environmentálne vhodných polymérnych materiálov

Realizácia aplikovaného výskumu v oblasti biodegradovateľných polymérov a polymérov z obnoviteľných zdrojov

  • prenos spracovateľských výrobných procesov z laboratórnych do poloprevádzkových a  prevádzkových podmienok
  • prepojenie výsledkov  výskumu a vývoja s praxou

Podpora malých a stredných podnikov

  • variabilnosť prístrojového vybavenia „Centra“ umožní definovať podmienky výrobných postupov prípravy zmesných polymérov a podmienky spracovania polymérov na liate fólie pre podnikateľské subjekty v kategórii malých a stredných podnikov

Vzdelávanie študentov najmä v oblasti biodegradovateľných polymérnych materiálov

  • výučba študentov v poloprevádzkových a prevádzkových podmienkach s cieľom prípravy kvalifikovaných odborníkov pre podniky

 Usporadúvanie odborných akcií, konferencií, seminárov a kurzov

  •  vzdelávanie  pracovníkov v oblasti spracovania polymérnych materiálov

 

Technologické vybavenie centra:

Pred začiatkom projektu modernizácie:

1. Zariadenia na spracovanie  polymérnych materiálov:

  • Dvojzávitovkový korotačný vytlačovací stroj s príslušenstvom na prípravu granulátu
  • Zariadenie na prípravu liatych fólií (chill-roll technológia) pripojiteľné k vytlačovaciemu stroju
  • Vysokootáčková dvojstupňová fluidná miešačka

2.  Zariadenie na analýzu finálnych materiálov

  • Univerzálne testovacie zariadenie Zwick určené na  meranie hodnôt fyzikálno – mechanických vlastností pri namáhaní materiálu ťahom, tlakom, alebo ohybom.

 

Zariadenia na analýzu štruktúry a vlastností spracovávaných materiálov a produktov obstarané v rámci projektu modernizácie centra CEPOMA:

  • rastrovací elektrónový mikroskop JEOL s príslušenstvom,
  • kapilárny reometer s možnosťou merania p-v-T diagramov, ťažnosti taveniny, tepelnej vodivosti a hustoty taveniny,
  • zariadenie na meranie indexu toku taveniny
  • DMA zariadenia na meranie dynamicko-mechanických vlastností    a TMA analýzu vyvíjaných polymérnych materiálov,
  • DSC kalorimeter
  • zariadenie na meranie bariérových vlastností proti prieniku kyslíka, CO2 a inertných plynov,
  • zariadenie na meranie bariérových vlastností proti prieniku vodnej pary,
  • klimatizačná komora s príslušenstvom
  • prístroj na stanovenie rázovej húževnatosti - inštrumentované Sharpyho kladivo,

 

Zariadenia a linky  na spracovanie polymérov obstarané v rámci projektu modernizácie:

  • zariadenie na vákuové tvarovanie polymérov,
  • hydraulický lis s ohrevom a chladením platní,
  • linka na koextrudované ploché fólie A-B-A s príslušenstvom,
  • linka na koextrudované vyfukované fólie A-B-A,
  • linka na vyfukované duté výrobky,
  • linka na vytláčanie dutých a otvorených profilov,
  • zvlákňovacie zariadenie,
  • vstrekovací stroj so sušičkou granulátu a temperáciou vstrekovacích foriem,
  • linka na povrchovú úpravu polymérov plazmou

 

Ponuka služieb Centra pre aplikovaný výskum environmentálne vhodných polymérnych materiálov:

- Príprava menších množstiev špeciálnych polymérnych materiálov vo forme granulátov, resp. produktov vo forme fólií

- Testovanie vhodnosti polymérov na spracovanie vybranou technológiou (lisovanie, vstrekovanie, vytláčanie, vákuové tvarovanie, vyfukovanie, zvlákňovanie)

- Možnosť  povrchovej úpravy polymérov v tvare fólií, dosiek a tkanín plazmou pri atmosferickom tlaku

- Možnosť zapojenia sa centra do grantových schém

- Realizácia zmluvného výskumu pre podnikateľskú sféru

- Realizácia vzdelávacích aktivít pre odbornú verejnosť na komerčnej báze


Literatúra

  1. www.sciencedirect.com, Ralph Heikants, Ralph V. vanCalck, Uncatalyzed synthesis, thermal and mechanical properties of polyurethanes based on poly(e-caprolactone) and 1,4-butane diisocyanate with uniform hard segment, Groningen (2004)
  2. Potts, J. E., Clendinning, R. A., Ackart, W. B., Niegisch, W. D., Polym. Sci.Technol., 3, p. 61 (1973)
  3. Suzuki, T., J. Appl. Polym. Sci. Appl. Polym. Symp., 35, p. 431 (1979)
  4. Jegal, J., Lee, H. K., J. Appl. Polym. Sci. (2), 61, p. 389 (1996)
  5. Teramoto N., Motoyama T., Yosomiya R., Shibata M., Euro. Polym. J., 39 (2003) 255 – 261
  6. Reis, R. L., Encyclopedia of Materials: Science and Technlogy, Elsevier Science Ltd, p. 8810 – 8816 (2001)
  7. Crkoňová, G., Štúdium enviromentálne biodegradovateľných zmesí plastov s biopolymérmi, Dizertačná práca, FCHPT STU, Katedra plastov a kaučuku, Bratislava (2003)
  8. Kroisová D., Biodegradovatelné polymery – úvod do problematiky, TUL, č.publikácie 55-031-09, Liberec 2009
  9. Bledzki, A.,K., Prog. Polym. Sci, 24(1999) 221-274
  10. Nicholson J.W., The chemistry of polymers, Second edition, The Royal Society of Chemistry 1997
  11. Pitter, p., Chudoba, J. Biodegradability of organic substances in the aquatic environment.USA. CRT Press, 2000, 306p., ISBN 0-8493-5131-6
  12. Zhou G. W., Willet J. L., Carriere C. J., Polym. Eng. Sci., 41 (2001) 1365 – 1372


Kontakty »

27.4.2015
autor: CEPOMA
 
 
 
 
 
Odporučte článok Vytlačiť článok Späť
 
 

Späť


 
Najnovšia inzercia

Predaj | PA6, PPA, PA66
26.07.2017

 
 
 

Predaj | Liten BB 29
26.07.2017

 
 

Predaj | Vstrekolis TM420
26.07.2017

 
 

Predaj | PE agro
26.07.2017

 
 
 
 

Predaj | Bubnový magnet
20.07.2017

 
 

Predaj | Dopravníkový pás
20.07.2017

 
 
 
Výstavy
MALAYSIA-PLAS 2017

27.07.2017 | Formy a lisy pre spracovanie plastov.

SRI LANKA PLAST

03.08.2017 | Medzinárodná plastikárska výstava.

Plastic, Printing & Packaging, Tanzania - PPPEXPO 2017

22.08.2017 | 20. Medzinárodný veľtrh plastov, značenia, balenia.

PU China 2017

29.08.2017 | Popredná výstava pre čínsky trh v oblasti polyuretánov.

China Composites Expo 2017

06.09.2017 | Medzinárodný veľtrh a fórum pre technológie kompozitov a aplikácií.

Drinktec 2017

11.09.2017 | Medzinárodný veľtrh nápojov a technológií

VietnamPlas

13.09.2017 | Veľtrh pre plasty a gumu.

EMO Hannover 2017

18.09.2017 | Popredný svetový veľtrh obrábania kovov.