popularyzatorski opis rezultatów projektu

Nr wniosku: 167452, nr raportu: 12831. Kierownik (z rap.): dr Ewa Olewnik
W zależności co i w jakiej ilości dodamy do polimeru możemy zmienić jego właściwości. Cel
projektu zakładał otrzymanie nowych kompozytów o osnowie polilaktydowej poprzez wprowadzenie
do polimeru takich napełniaczy jak modyfikowany i niemodyfikowany montmorylonit oraz grafitu i
szungitu, a także kompatybilizatora. Ponadto nadrzędnym celem było oznaczenie wpływu
wprowadzonych dodatków na mechanizmy i kinetykę procesów fotodegradacji, degradacji
hydrolitycznej oraz degradacji pod wpływem ozonu. A więc zasadniczym pytaniem postawionym
sobie na początku realizacji grantu było: jakie właściwości możemy zmienić, dzięki jakim dodatkom i
jaki mogą one mieć wpływ na środowisko?
Polimerem który został wybrany do badań był polilaktyd (PLA) – czyli termoplastyczny polimer
biodegradowalny. Dodatki jakie zostały wybrane do wprowadzenie do przedstawionego wyżej
polimeru to dwa rodzaje warstwowych krzemianów (niemodyfikowany i modyfikowany) oraz grafit i
szungit. Wykorzystano również poli(-kaprolakton) (PCL) jako kompatybilizator. Jeśli chodzi o grupę
napełniaczy węglowych to o ile grafit jest pojęciem znanym o tyle szungit jest materiałem mało
rozpowszechnionym. A mianowicie szungit jest to kopalny minerał, wydobywany w miejscowości
Szunga, położonej w Rosji. W swojej budowie zawiera on w przybliżeniu 30 % węgla, natomiast
pozostałą część stanowią związki krzemianów.
Na tym etapie możemy wrócić do postawionego na początku pytania: jakie właściwości
fizykochemiczne zmieniają się po dodaniu napełniacza?
W zależności od rodzaju zastosowanego napełniacza zmianie mogą ulegać właściwości mechaniczne,
termiczne, palność, przepuszczalność gazów, napięcie powierzchniowe, właściwości elektryczne itp.
W przypadku otrzymanych materiałów nanokompozyty zawierające w swoim składzie montmorylonit
modyfikowany wykazywały znacznie lepsze właściwości mechaniczne jak również charakteryzowały
się większą barierowością dla dwutlenku węgla i pary wodnej w porównaniu do materiałów w skład
których wchodził polilaktyd i niemodyfikowany montmorylonit. W przypadku omawianych
właściwości bardzo istotną rolę odgrywał kompatybilizator – materiały zawierające PCL i
modyfikowany montmorylonit okazały się posiadać najlepsze właściwości mechaniczne i najmniejszą
przepuszczalność CO2 i pary wodnej spośród wszystkich analizowanych próbek. Materiały
zawierające krzemiany wykazywały lepsze właściwości od kompozytów w skład których wchodziły
napełniacze węglowe.
Scharakteryzowane kompozyty poddano trzem rodzajom degradacji:
-Fotodegradacji pod wpływem promieniowania UVC.
-Hydrolizie –w dwóch buforach, w dwóch temperaturach 37oC i 60oC.
-Ozonolizie – otrzymane materiały poddano działaniu ozonu w czasie do czterech miesięcy.
Kolejne pytanie które warto sobie postawić to czy i w jaki sposób obecność poszczególnych
napełniaczy jak i kompatybilizatora wpłynęła na procesu rozkładu badanych materiałów?
Pomimo iż procesy rozkładu były prowadzone w różnym czasie i pod wpływem różnych czynników
pewne wnioski są wspólne. Otóż w każdym z analizowanych przypadków okazało się, iż
wprowadzone dodatki nie zmieniają mechanizmu rozkładu polilaktydu natomiast istotnie wpływają na
szybkość dekompozycji osnowy polimerowej, przy czym szybkość degradacji zależała od ilości
wprowadzonego napełniacza. Co wskazuje iż można sterować procesami rozkładu kompozytów
polilaktydowych wprowadzając określoną ilość i rodzaj napełniacza. Ponadto w przypadku materiałów
zawierających kompatybilizator, który poprawiał oddziaływania pomiędzy PLA i krzemianami,
szybkość degradacji była większa niż dla materiałów nie zawierających PCL.
Natomiast w przypadku napełniaczy węglowych degradacją postępowała szybciej dla materiałów
zawierających szungit – czyli materiał zawierający w swoim składzie hydrofilowe krzemiany.
Podsumowując: Poznanie wpływu napełniaczy proszkowych na degradację polilaktydu i jego
kompozytów daje możliwość przewidywania zachowanie się badanych materiałów w czasie
użytkowania jak i w procesach post-konsumpcyjnych. Umożliwi to sporządzenie szczegółowych
wytycznych dotyczących sposobów postępowania z kompozytami polilaktydowymi zawierającymi
nanocząstki grafitu, szungitu czy ogranofilizowane krzemiany. Wytyczne te mogą stanowić cenny
dokument dla podmiotów gospodarczych zarówno przetwarzających nanokompozyty polilaktydowe
jak i zajmujących się recyklingiem lub składowaniem odpadów zawierających nanocząstki.