Biokompozyt polimerowy na bazie polilaktydu PLA i węglanowych osadów jeziornych CLS (ang. carbonate lake sediments) oraz sposób jego otrzymywania
ZESPÓŁ AUTORSKI
Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu
- Dr inż. Grzegorz Borkowski - kierownik zespołu
- Prof. UAM dr hab. Robert Przekop
- Dr Agnieszka Martyła
- Dr Piotr Marciniak
- mgr Marta Dobrosielska
CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?
Węglan wapnia znajdujący się w osadach dennych jest naturalnym surowcem, który występuje powszechnie w większości jezior. Celem wynalazku jest wykorzystanie węglanowych osadów jeziornych w przemyśle przetwórstwa tworzyw sztucznych. Węglan wapnia ma bardzo duży potencjał jako napełniacz tworzyw sztucznych, które są jednymi z najbardziej wszechstronnych materiałów mających nieograniczone zastosowania. Nie tylko możliwe jest zaprojektowanie ich kształtu, ale także łączenie z innymi materiałami. Ponadto, właściwości danego tworzywa sztucznego można modyfikować za pomocą dodatków, do których należą m.in. wypełniacze wzmacniające, pigmenty, środki spieniające, plastyfikatory itp. otrzymując kompozyty polimerowe. Kompozyt jako mieszanina dwóch składników cechuje się właściwościami innymi niż każdy z komponentów osobno. Dzięki swoim właściwościom znajdują powszechne zastosowania w różnych dziedzinach, w produkcji sprzętu sportowego, do obudów i elementów drobnego oraz dużego sprzętu AGD i RTV, elementów składowych w przemyśle motoryzacyjnym, budowlanym i wielu innych gałęziach. Wśród napełniaczy mineralnych węglan wapnia jest jednym z najczęściej stosowanych, między innymi do polipropylenu, przede wszystkim ze względu na jego dostępność (i to w łatwej do użycia formie) oraz niski koszt.
ISTOTA WYNALAZKU
Wśród osadów występujących w jeziorach Polski znajduje się grupa osadów powstała na drodze biochemicznej lub chemicznej. Są to głównie skały zbudowane z węglanu wapnia, którego zawartość wynosi od kilku do ponad 95%. Osady jeziorne zawierają w różnych proporcjach składniki mineralne nie-węglanowe i węglanowe oraz składnik organiczny. Dominującym osadem polskich jezior jest gytia wapienna, nazywana kredą jeziorną, o zróżnicowanej zawartości węglanów. Osad ten wypełnia przeważającą część misy jeziornej. Barwa gytii i kredy jeziornej oraz ich konsystencja zmienia się wraz z głębokością. Osady denne, podobnie jak inne materiały pochodzenia naturalnego mogą być z powodzeniem używane jako napełniacze do kompozytów. Do napełniaczy naturalnych należą m.in. mikrokrystaliczna celuloza, włókna celulozowe, drewno, a także amorficzna ziemia okrzemkowa. Dzięki nim uzyskuje się nie tylko poprawę szeregu właściwości fizykochemicznych, ale także wzrost biodegradowalności kompozytu. Matrycą zastosowanego w prezentowanym wynalazku kompozytu był PLA, który jest jednym z głównych materiałów na rynku polimerów biodegradowalnych. W niniejszym wynalazku jako modyfikator polilaktydu zastosowano surowe osady denne pobrane bezpośrednio z Jeziora Swarzędzkiego, położonego na Pojezierzu Wielkopolskim.
Badania wykonano w celu zbadania wpływu naturalnego napełniacza na właściwości mechaniczne i przetwórcze otrzymanego kompozytu PLA/CLS. W ramach badań otrzymano kompozyty osadów z PLA.
Dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku uzyskano następujące efekty techniczno-użytkowe:
- wytworzone kompozyty można przetwarzać standardowymi technikami stosowanymi obecnie w przetwórstwie tworzyw sztucznych (wytłaczanie, wtryskiwanie itp.);
- wytworzone kompozyty wykazują poprawę właściwości mechanicznych w stosunku do wejściowego materiału polimerowego, między innymi: moduł Younga, wytrzymałość, twardość Shore‘a;
- możliwość wielokrotnego przetwarzania – recykling materiałowy;
- utylizacja na drodze recyklingu energetycznego,
- bezodpadowa produkcja - wszystkie powstające w trakcie wytwarzania końcowego produktu braki można bowiem zawracać do procesu technologicznego;
Wynalazek oraz jego potencjalne zastosowania i wyniki badań opisano w poniższych publikacjach naukowych:
1. Borkowski G. et al. Materials, 2022,15,6106.
2. Borkowski G. et al. Green processing and synthesis, 2023,12,20228082.
3. Przekop R.E. et al. Polymers, 2023,15,2817.
POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU
Wykorzystanie węglanowych osadów jeziornych w przemyśle przetwórstwa tworzyw sztucznych charakteryzuje się bardzo duży potencjałem gospodarczym. Ogromne ilości tego surowca zdeponowane w jeziorach stanowią naturalny rezerwuar, który może zostać wykorzystany jako popularny napełniacz w produkcji biokompozytów stanowiących alternatywę dla tworzyw pochodzenia węglowego. Otrzymywanie biokompozytów zmniejsza emisję dwutlenku węgla, umożliwia biodegradowalność tworzyw lub uproszczony proces ich przerobu. Biokompozyty są wykorzystywane w wielu sektorach, takich jak motoryzacyjny, biomedyczny, energetyczny, zabawkarski, sportowy, co więcej zakres ich zastosowania ciągle się poszerza.