Innowacyjne kompozyty z napełniaczami odnawialnymi
Tematyka badawcza realizowana od ponad 20. lat obejmuje projektowanie technologii otrzymywania kompozytów polimerowych z naturalnymi napełniaczami lignocelulozowymi, takimi jak: drewno, włókna lniane, konopne, sizalowe, słoma rzepakowa, celuloza i inne komponenty roślinne. Efektem tych prac jest wiele patentów, wdrożeń, jak również medali podczas targów na Międzynarodowych oraz Krajowych Wystawach Innowacji, Badań Naukowych i Nowoczesnej Techniki. W ramach tej tematyki badawczej realizowane są prace B+R obejmujące badania strukturalne, termiczne, palnościowe, akustyczne, mechaniczne, mikroskopowe, starzeniowe, biologiczne i inne.
Przetwórstwo tworzyw sztucznych
Baza aparaturowa (linie technologiczne wytłaczania, wtryskarka, termoformierka, mieszalnik okresowy typu Brabender, prasy hydrauliczne, stanowisko do recyklingu mechnicznego, zgrzewarki) pozwala na prowadzenie badań oraz dydaktyki w najbardziej znaczących procesach technologicznych. Kolejny obszar badawczy stanowią prace obejmujące ocenę właściwości przetwórczych, reologicznych oraz użytkowych polimerów, mieszanin oraz kompozytów polimerowych. Prowadzone w Zakładzie szerokie spektrum badawcze materiałów polimerowych, od przetwórstwa do ich użytkowania, a następnie recyklingu, pozwala na zaplanowanie wyrobu tworzywowego o wysokiej jakości i programowalnych cechach użytkowych.
Recykling materiałowy tworzyw sztucznych
Tematyka obejmuje prace nad opracowaniem nowych metod recyklingu materiałów polimerowych, w tym złożonych wielokomponentowych układów. Do istotnych przykładów należy zaliczyć opracowanie technologii przetwarzania opakowań typu tetra-pack lub rozwiązań dotyczących recyklingu odpadów z przemysłu elektronicznego i elektrotechnicznego (tzw. WEEE- waste of electric and electronic equipment). Ten istotny aspekt obejmuje również prowadzenie kompleksowych badań fizykochemicznych w zakresie charakterystyki materiałów poddanych procesom recyklingu. Efektem prac nad nowymi rozwiązaniami są dyplomy i listy gratulacyjne Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego za innowacyjne wynalazki naukowe.
Należy również podkreślić, że tematyka dotycząca recyklingu tworzyw sztucznych jest jednym z największych wyzwań- zgodnie z dyrektywami unijnymi określanych jako „Implementation of the Circular Economy Action Plan- 2018 Circular Economy Package” w sprawie opakowań i odpadów opakowaniowych, które nakładają na wszystkie kraje członkowskie UE nowe limity ilości odpadów, gdzie nie później niż do 31grudnia 2025 r. co najmniej 65 % wagowo wszystkich odpadów opakowaniowych musi zostać poddane recyklingowi.
Biodegradowalne i funkcjonalne materiały polimerowe
Tematyka badawcza obejmuje otrzymywanie i charakterystykę biodegradowalnych materiałów polimerowych (z wykorzystaniem w roli matryc m.in. chitozanu i polilaktydu) o założonych, funkcjonalnych właściwościach. Opracowane materiały cechują się dużym potencjałem aplikacyjnym, ze szczególnym uwzględnieniem przemysłu materiałów biomedycznych oraz opakowaniowych. Prowadzone badania cechuje duży stopień interdyscyplinarności, łączą one w sobie elementy inżynierii materiałowej, chemii oraz technologii chemicznej.
Badania strukturalne
Badania strukturalne technikami rentgenowskimi oraz mikroskopowymidotyczą związków niskocząsteczkowych, minerałów, metali, a także tworzyw sztucznych i stopów polimerowych. Główny obszar badawczy związany jest z analizą przemian fazowych i polimorficznych zachodzących w semikrystalicznych materiałach, jak również z identyfikacją związków chemicznych. Szczególną uwagę kierowano na określenie struktury nadmolekularnej napełniaczy lignocelulozowych poddanych modyfikacjom chemicznym i fizycznym, a także badania struktury krystalicznej tworzyw sztucznych przetwarzanych technikami wytłaczania i wtryskiwania.
Celuloza o rozmiarach nanometrycznych jako nowatorski biomateriał polimerowy
Prace nad celulozą nanometryczną ukierunkowane są nad możliwością otrzymania tego rodzaju napełniacza o założonych rozmiarach cząstek, jak również małej polidyspersyjności. Opracowano metodę preparacji nanocząstek celulozy z wykorzystaniem nowo zsyntezowanych cieczy jonowych, jak również z udziałem enzymów celulolitycznych. Kompozyty zawierające nanocelulozę charakteryzują się doskonałymi cechami wytrzymałościowymi, jak również wysoką barierowością na gazy i parę wodną.
Fotopolimeryzacja
Badania podstawowe obejmujące badanie kinetyki polimeryzacji rodnikowej metakrylanów, układów tiol-en jak i oddziaływań kompozycji wieloskładnikowych, które obok monomeru (lub mieszaniny monomerów) i układu fotoinicjującego zawierają różnego rodzaju środki modyfikujące (poliedryczneoligomerycznesilseskwioksany,krzemionka modyfikowana i niemodyfikowana, tlenki metali, substancje aktywne, ciecze jonowe). Te ostatnie wprowadzane są do matryc polimerowych ze względu na potrzebę uzyskania materiałów o specyficznych właściwościach, jak np. przewodzących, optycznych, czy mechanicznych. Modyfikatory mogą być zarówno substancjami stałymi jak i ciekłymi, posiadającymi grupy funkcyjne zdolne do reakcji polimeryzacji lub nie. Przebieg reakcji polimeryzacji badamy metodą izotermicznej różnicowej kalorymetrii skaningowej (foto-DSC), metodą spektroskopii w podczerwieni w czasie rzeczywistym (RT-FTIR) oraz metodą reologiczną (foto-reologia).
Polimeryzacja wolnorodnikowa z przeniesieniem atomu (ATRP)
Polimeryzacja rodnikowa z przeniesieniem atomu (ATRP) jest jedną z technik kontrolowanej polimeryzacji rodnikowej (CRP). Może być użyta do syntezy polimerów o różnej architekturze (np. gwiazdy, dendrymery, szczotki polimerowe) nadając im innowacyjne cechy. W badaniach prowadzonych w Zakładzie Polimerów skupiamy się na syntezie wieloramiennych gwiazd polimerowych połączonych z centralnie położnym rdzeniem, posiadające trójwymiarową kulistą zwartą architekturę i funkcje na obwodzie lub w rdzeniu. W zależności od grup końcowych można je funkcjonalizować, co pozwala uzyskać materiały o pożądanych właściwościach fizycznych oraz chemicznych. Obecnie metoda ATRP znajduje wiele aplikacji m.in. do syntezy polimerów stosowanych jako powłoki i kleje, jako środki powierzchniowo czynne, a w szczególności takich, które mają zastosowanie w dziedzinie medycyny i ochrony środowiska.
Materiały hybrydowe organiczno-nieorganiczne
Badania obejmują syntezę oraz charakterystykę fizykochemiczną materiałów modyfikowanych poliedrycznymi oligomerycznymi silseskwioksanami (POSS) zawierającymi podstawniki organiczne z grupami funkcyjnymi zdolnymi do reakcji kopolimeryzacji z monomerami (np. metakrylowe, winylowe, epoksydowe) jak i niebiorącymi udziału w reakcji polimeryzacji (np. hydroksylowe, izobutylowe) stosowane w celu zwiększenia kompatybilności pomiędzy napełniaczem a polimerem. Dzięki zastosowaniu POSS, jako modyfikatorów, otrzymujemy lakiery o zwiększonej odporności na zarysowanie, o hydrofobowej powierzchni, a także hydrożele mogące znaleźć zastosowanie w medycynie, czy jonożele o polepszonych właściwościach mechanicznych.
(Nano)kompozyty polimerowe
Nanokompozyty zawierające napełniacze o wymiarach ziaren w skali nano charakteryzują się zacznie lepszymi właściwościami fizyczno-mechanicznymi niż kompozyty zawierające napełniacze o większych rozmiarach ziaren, przy jednoczesnym znacznym zmniejszeniu udziału wagowego napełniacza w kompozycie. Zakres prac obejmuje badanie wpływu rodzaju (nano)dodatku napełniacza, głównie nieorganicznego na właściwości kompozycji przed polimeryzacją, kinetykę fotopolimeryzacji, a także morfologię i topografię utworzonych kompozytów oraz ich właściwości mechaniczne i fizykochemiczne. Wśród różnych materiałów otrzymywane są kompozyty dentystyczne o polepszonych właściwościach, np. mechanicznych, zawierających różnego typu napełniacze.
Zastosowanie polimerów w medycynie i farmacji
Otrzymywanie materiałów polimerowych zawierających substancje aktywne zarówno metodami in situ polimeryzacji z przeniesieniem atomu, fotopolimeryzacji w obecności substancji aktywnych jak i ex situ techniką ekstruzji na gorąco (hot-melt extrusion). Jako substancje aktywne stosowane są w badaniach niesteroidowe leki przeciwzapalne (NLPZ) jak ibuprofen, naproksen, diklofenak sodu oraz pozostałe jak paracetamol oraz chlorek potasu.Badania dotyczą otrzymywania i badania właściwości fizykochemicznych materiałów o potencjalnym zastosowaniu jako plastry, leki doustne jak również systemy dostarczania kwasów nukleinowych (wektory) oraz rusztowania do systemów tkankowych (scaffold).
Lakiery kosmetyczne
Badania obejmują poszukiwanie nowatorskich kompozycji światłoutwardzalnych stosowanych jako lakiery hybrydowe, bazy budujące, topcoat. Poszukuje się również innowacyjnych dodatków do lakierów nadających im wyjątkowe właściwości. Badania obejmują syntezę nowych lakierów oraz badania właściwości fizykochemicznych.
Stałe elektrolity polimerowe
Prowadzone badania dotyczą syntezy i charakterystyki fizykochemicznej hydrożeli/jonożeli oraz ich zastosowania jako stałe elektrolity polimerowe (SPE) w kondensatorach elektrochemicznych działających z zastosowaniem elektrolitów wodnych oraz organicznych. Stałe elektrolity polimerowe stanowią alternatywę do powszechnie stosowanych porowatych membran jako separatorów w bateriach i kondensatorach elektrochemicznych. W prowadzonych badaniach skupiamy się na projektowaniu SPE o pożądanych właściwościach takich jak np. wysoka wytrzymałość mechaniczna i elastyczność, wysokie przewodnictwo. SPE o najlepszych właściwościach wykorzystywane są do konstruowania urządzeń do magazynowania energii gdzie charakteryzowane są ich właściwości elektrochemiczne.
Spoiwa polimerowe
W prowadzonych badaniach skupiamy się na syntezie oraz charakterystyce spoiw polimerowych (binder) wykorzystywanych do otrzymywania elektrod przeznaczonych do kondensatorów elektrochemicznych. Badania obejmują syntezę nowoczesnych spoiw polimerowych ich charakterystykę fizykochemiczną a następnie zastosowanie w preparatyce elektrod przeznaczonych do urządzeń magazynujących energię elektryczną.
Materiały przewodzące ciepło
Badania obejmują próby otrzymania (nano)kompozytów przewodzących ciepło i/lub prąd metodą in situ, która polega na zdyspergowaniu cząstek napełniacza (np. azotku boru, azotku krzemu) w monomerze (met)akrylowym i poddaniu takiej homogenicznej mieszaniny procesowi polimeryzacji inicjowanej fotochemicznie w obecności fotoinicjatora. Poprzez odpowiedni dobór składników kompozycji polimerowej, m.in. zastosowanie odpowiedniego napełniacza nieorganicznego (materiału ceramicznego) można zmodyfikować właściwości cieplne materiałów polimerowych. Otrzymanie kompozytów o podwyższonym przewodnictwie cieplnym stwarza nowe możliwości technologiczne, np. otrzymywania polimerowych powłok przewodzących ciepło.
Materiały otrzymywane metodą stereolitografii
Stereolitografia (SLA), czyli metoda przyrostowego fotoutwardzania za pomocą lasera, jest technologią łączącą wspomaganie projektowania komputerowego (CAD) z możliwością szybkiego wytwarzania trójwymiarowych obiektów. Drukowanie przestrzenne (3D) stanowi dobrą alternatywę w stosunku do tradycyjnych technik obróbki mechanicznej czy laserowej materiałów, ponieważ umożliwia otrzymywanie obiektów geometrycznych, które wcześniej nie były możliwe do uzyskania, z uwagi na ich złożony kształt lub wielkość, np. rzędu milimetrów.
Metodą druku 3D syntezowane są całkowicie nowe materiały o polepszonych właściwościach mechanicznych. Badania prowadzone są zarówno na komercyjnych układach fotopolimerowych, jak i samodzielnie utworzonych kompozycjach światłoutwardzalnych, zmodyfikowanych o różnego typu napełniacze. Zastosowanie nowych kompozycji światłoutwardzalnych, wzmacnianych napełniaczami do drukowania przyrostowo metodą stereolitografii stwarza nowe możliwości technologiczne otrzymywania materiałów kompozytowych.
Zastosowanie metod statystycznych w badaniach naukowych
Wykorzystanie metod statystycznych takich jak: planowanie eksperymentu (DOE), analiza niepewności, analiza regresji, ANOVA oraz wiele innych w planowaniu doświadczeń oraz analizie wyników eksperymentów. W prowadzonych badaniach skupiamy się na wykorzystaniu metod statystycznych na poszczególnych etapach prowadzonych badań, zaczynając od planowania eksperymentu a kończąc na analizie statystycznej otrzymanych wyników
Otrzymywanie oraz ocena właściwości fizykochemicznych i użytkowych nowatorskich materiałów poliuretanowych
Tematyka badawcza związana jest z poliuretanami, materiałami polimerowymi, które na przełomie ostatnich lat cieszą się dynamicznym rozwojem oraz narastającym zainteresowaniem wielu ośrodków badawczych, na całym świecie. Badania dotyczą m.in. wykorzystania materiałów pochodzenia naturalnego oraz innowacyjnych syntetycznych napełniaczy w piankach poliuretanowych (sztywnych i elastycznych) a także w elastomerach. Materiały (napełniacze) pochodzenia naturalnego występują w środowisku, które nas otacza, a ich stosowanie nie generuje kolejnych odpadów czy zanieczyszczeń. Ze względu na dużą dostępność oraz niskie koszty wydobycia materiały te zaliczane są do grupy zwanej z ang. low-cost materials, co sprzyja rozwojowi niskobudżetowej, „zielonej” technologii produkcji poliuretanów. Badania prowadzone w Zespole mają interdyscyplinarny charakter. Związane są one z szeroko pojętą technologią chemiczną, chemią polimerów oraz inżynierią materiałową. Tematyka ściśle związana z aktualnymi trendami oraz problemami spotykanymi
w branży poliuretanów.
