Üdvözlöm/Üdvözöllek a biokompozitok kutatói blogomon!
E blog elindításával célom, hogy a kutatási területemet (biokompozitok fejlesztése), jövőbeli kutatási terveimet, eredményeimet az aktuális kutatások iránt érdeklődők számára bemutassam és eredményeimet megvitassam. Kutatásom címének a „Termoplasztikus keményítő és politejsav alapú cellulóz erősítésű kompozitok fejlesztése” címet választottam. Kutatásomat, a 2014-ben elnyert Erdős Pál Fiatal Kutatói Ösztöndíj (országos) támogatja, amit ezúton is nagyon köszönök!
 |
| Biokompozitok a környezetvédelemért [Forrás: Internet] |
Miről is lesz szó?
Napjainkban a környezetbarát, megújuló nyersanyagforrásból származó és lebomló (biodegradábilis) polimer kompozitok fejlesztése és tulajdonságaik megismerése a kutatások középpontjában állnak. E többfázisú, összetett rendszerek (kompozitok) befoglaló anyaga vagy más néven mátrixa lehet például termoplasztikus keményítő (Thermoplastic starch=TPS) és politejsav (Polilactide-acid=PLA) is, amelyet mikro és nanoméretű cellulózzal erősíthetünk. A cellulóz Földünk egyik legnagyobb mennyiségben fellelhető természetes anyaga, amely megújuló, biológiailag úton lebomló és nem toxikus. Gyártása és felhasználása hosszú időre tekint vissza, gondoljunk csak az élelmiszer, papír vagy gyógyszergyártásra. A növényi eredetű cellulóz-tartalmú szálak hierarchikus felépítése lehetővé teszi számunkra mikrofibrilláris (MFC), sőt akár nanokristályos cellulóz (NCC) előállítását is. Az MFC és az NCC igen fontos töltő-, ill. erősítőanyag lehet a polimer technológiában.
A keményítő kémiailag erősen poláros, a növényi sejtek fő energiaraktározója, mint nyersanyag nagy mennyiségben áll rendelkezésre és évenként megújuló nyersanyagforrásból pl. gabonafélékből (búza, kukorica ~67 m%-a) származik. A keményítő mechanikai és hőenergia hatására a hidrogénkötések felszakításával és a kristályossá megszűnésével homogén termoplasztikus keményítőt (TPS) képez, amely már alkalmas, termelékeny polimer feldolgozási eljárással pl. extrúzióval, fröccsöntéssel történő feldolgozásra. A politejsavat (PLA) tejsav monomerből polikondenzációval, vagy a laktid nevű dimerből gyűrűfelnyitásos polimerizációval állítják elő (erről még a későbbiekben részletesen szólok).
Előnyök/hátrányok és alkalmazhatóság:
A fent bemutatott kétféle mátrixanyag (TPS, PLA) és mikro és nanokristályos cellulóz erősítésű kompozitok előállítása számos előnnyel járna úgy, mint a kis sűrűség, megújuló jelleg, feldolgozás során fellépő kisebb abrazív hatás (pl. üvegszállal szemben). Hátrányként azonban meg kell említenünk a nagy nedvességfelvételt és a cellulóz részek nehéz szétoszlathatóságát. Az elmúlt években megjelenő szakirodalmak rámutattak arra, hogy cellulóz alkalmazásával jelentős erősítőhatás érhető el, de ehhez kulcsfontosságú a cellulóz megfelelő, homogén eloszlatása a mátrixban, továbbá a megfelelő tapadás (adhézió) kialakítása a mátrix és a cellulóz között. Ennek megvalósítására számtalan kutatás indult meg pl. oldószerben történő szétoszlatással, a cellulóz határfelületi kezelésével (polaritás szabályzás), kapcsolóanyag hozzáadásával illetve speciális térben történő megvalósítással. Az eredmények biztatóak, de fontos kiemelni, hogy jelenleg csak laborméretű gyártás valósítható csak meg. Ipari igény, főleg a csomagolóiparban a jó mechanikai, légzáróképességi és a lebomló tulajdonságok okán mutatkozik.
Mire keresem a választ, mi a fő célkitűzése a kutatásomnak?
A kutatásom célja mikro és nanokristályos cellulózzal erősített polimer kompozit előállítása és vizsgálata. A gyártott cellulóz erősítésű nanokompozitok minősítése különféle statikus, dinamikus mechanikai és mikroszkópi vizsgálatokkal, amelyek fő célja a szerkezet és tulajdonságok közötti kapcsolatok feltárása. További célom, hogy az így kapott eredmények alapján kidolgozzam a nanocellulóz vizes közegből történő bevitelét folyamatos extrúziós gyártástechnológiára, amely ipari szempontból egy folyamatos gyártástechnológiát tenne lehetővé.
Jó olvasást kívánok és várom hozzászólásait/hozzászólásaitokat!
Üdvözlettel: Dr. Kmetty Ákos
