ZESPÓŁ AUTORSKI

Politechnika Poznańska, Wydział Inżynierii Mechanicznej, Instytut Technologii Materiałów

dr inż. Mateusz Barczewski

dr inż. Danuta Matykiewicz

CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?

Dzięki proponowanemu wynalazkowi można rozszerzyć zakres temperatury stosowalności polilaktydu czyli biodegradowalnego materiału polimerowego uzyskiwanego ze źródeł odnawialnych, jako tworzywa przeznaczonego do wytwarzania wyrobów użytkowych. Ponadto w wyniku zastosowania do modyfikacji polilaktydu pyłu bazaltowego, który jest materiałem odpadowym, możliwe jest uzyskanie obniżenia kosztów wytwarzania kompozytu. Bezpośrednio zwiększa to jego konkurencyjność.

ISTOTA WYNALAZKU

Wzrost zużycia tworzyw sztucznych do produkcji wyrobów konsumpcyjnych oraz problemy związane z zagospodarowaniem powstających odpadów wymusza poszukiwanie alternatywnych materiałów polimerowych otrzymywanych ze źródeł odnawialnych. Jednym z takich polimerów jest polilaktyd zwany inaczej poli(kwasem mlekowym), będący biodegradowalnym termoplastycznym poliestrem, wytwarzanym podczas fermentacji mlekowej z odpadów przemysłu spożywczego, takich jak kukurydza, ziemniaki czy buraki cukrowe. W porównaniu do polimerów otrzymywanych z ropy naftowej ulega on całkowitej biodegradacji, co redukuje obciążenie dla środowiska naturalnego. Dodatkowo w przypadku wytwarzania wyrobów z polilaktydu zmniejszona zostaje wielkość emisji zanieczyszczeń poprzez ograniczenie elementów poeksploatacyjnych nie podlegających recyklingowi lub biodegradacji. Dotychczasowym ograniczeniem w zastosowaniu polilaktydu na szeroką skalę była jego wysoka cena, kruchość oraz niska temperatura przy której obserwuje się znaczną zmianę właściwości mechanicznych (50-60°C). Dlatego znalazł on głównie zastosowanie jako materiał do produkcji wyrobów jednorazowego użytku. Uwzględniając poszukiwanie nowych metod umożliwiających stosowanie materiałów otrzymywanych ze źródeł naturalnych przemysłowo w szerokim zakresie, należało opracować technologię poprawy właściwości termomechanicznych polilaktydu. Zważając na powyższe kryteria istotą przedstawianego wynalazku jest sposób zwiększenia stabilności termomechanicznej polilaktydu albo jego kompozytów, poprzez wprowadzenie do osnowy polimerowej rozdrobnionej skały bazaltowej w postaci pyłu bądź proszku. Wynalazek jest rezultatem projektu Opracowanie technologii wytwarzania hybrydowych kompozytów biodegradowalnych dla branży motoryzacyjnej” finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach Programu LIDER VIII Umowa Nr LIDER/25/0148/L-8/16/NCBR/2017 z dnia 19.12.2017. Istotą materiałów kompozytowych jest fakt, ze łączą one korzystne właściwości poszczególnych składników, tworząc materiał o unikalnych cechach. Pył bazaltowy stanowi materiał odpadowy pochodzący z przemysłu wydobywczego skały bazaltowej i stosowany jest głównie jako środek do użyźniania gleby. Dlatego też wprowadzenie go do osnowy polimerowej z polikatydu wpłynie na obniżenie kosztów wyrobów z niego wytwarzanych, a jednocześnie znacząco poprawi właściwości użytkowe i przetwórcze tego materiału. Co więcej napełniacz nieorganiczny pozostały po zagospodarowaniu poużytkowych kompozytów w procesie kompostowania, nie będzie stanowił obciążenia dla środowiska naturalnego. Założony w wynalazku cel osiągnięto poprzez wytworzenie kompozytów polimerowych w procesie mieszania napełniacza w postaci proszku bazaltowego z polimerem termoplastycznym w postaci granulatu z zastosowaniem konwencjonalnych maszyn technologicznych stosowanych do przetwarzania polimerowych tworzyw termoplastycznych, w tym wytłaczarek, walcarek oraz pras. Materiały zastosowane w procesie oraz uzyskany kompozyt w postaci podłużnych kształtek przedstawiono na załączonym zdjęciu. Wynikiem opracowanego wynalazku opisującego metodę modyfikacji polilaktydu poprzez wprowadzenie do niego bazaltowego materiału odpadowego było podwyższenie wartości temperatury ugięcia pod obciążeniem modyfikowanego polilaktydu o 50% w porównaniu do materiału niemodyfikowanego. Jest to niezmiernie istotne ponieważ w wyniku proponowanego wynalazku modyfikowany polilaktyd uzyskuje właściwości zbliżone do powszechnie stosowanych polimerów petrochemicznych.

POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU

Ze względu na regulacje, które nakłada Unia Europejska na producentów różnych wyrobów wytwarzanych dla przemysłu spożywczego, opakowaniowego, kosmetycznego oraz motoryzacyjnego, dotyczące podatności materiału na recykling lub zagospodarowanie odpadów poprzez kompostowanie, proponowany wynalazek wpisuje się w założenia Gospodarki o Obiegu Zamknięty (GOZ). Obecnie na rynku dostępny jest polilaktyd, który można przetwarzać na skale przemysłową w celu produkcji wyrobów o zawężonym zakresie temperatury użytkowej, czyli temperatury do jakiem materiał ten utrzymuje korzystne właściwości mechaniczne i termiczne. Dlatego też wprowadzenie na rynek zmodyfikowanego polilaktydu o podwyższonej stabilności termomechanicznej będzie odpowiedzią na zapotrzebowanie firm zajmujących się wytwarzaniem wyrobów polimerowych przyjaznych dla środowiska naturalnego oraz projektowanie materiałów kompozytowych o unikalnych właściwościach.