2016-os év áttekintése, összegzés

Ismét eltelt egy év és elmondhatom, hogy ismét számos előrelépést sikerült elérnünk a biokompozitok fejlesztésének területén. :) 

Örülök, hogy ebben az évben is aktív, szorgalmas hallgatók csatlakoztak az egyes fejlesztési irányokhoz, amelyek eredményeképpen hasznos ismeretekre tettünk szert és amelyekből számos szakdolgozat és diplomaterv készült el (témákat lsd. itt). Vizsgálatainkat az önerősített biokompozitokra; politejsav alapú habokra; politejsavra, mint palackfúvó szerszámbetét vizsgálatára helyeztük. Részletesen kidolgoztuk az elkövetkező évekre vonatkozó terveinket és céljainkat. A hangsúlyt továbbra is a politejsav szívósítási lehetőségeire és a politejsav habok előállítására és tulajdonságaik részletes megismerésére fogjuk helyezni.

Forrás: http://www.planwallpaper.com/]

Sikerekben és megújuló erőforrásokban gazdag boldog új évet kívánok mindenkinek!

                                    

                                                                                                     Dr. Kmetty Ákos

Tovább olvasom »

Önerősített biokompozitok és tulajdonságaik I.

Kutatási témám egyik szegmenseként önerősített biokompozitok fejlesztését céloztuk meg. Ahhoz, hogy egy ilyen kompozitot (összetett többfázisú anyag) gyárthassunk fontos volt az alapanyagok megfelelő megválasztása. Mátrixanyagként politejsavat (PLA) és polibutilén-szukcinátot  (PBS) választottunk és belőlük 60 µm vastagságú fóliát gyártottunk, amelyet PLA alapú kötött kelmével társítottunk (1.ábra).

1,ábra PLA kötött kelme mikroszkópi felvétele [Forrás:Saját ábra]

A gyártás során az un. rétegeléses módszert (film-stacking) alkalmaztuk ami annyit jelent, hogy meghatározott darabszámú mátrix fóliát és erősítőanyag réteget egymásra helyezünk és ezt követően présszerszámban adott hőmérsékleten és nyomáson konszolidáljuk (mátrixfólia megömlesztése után az erősítőanyagot átitatjuk 2.ábra). 50 m% erősítőanyag tartalmat állítottunk be és az így gyártott kompozitok széleskörű vizsgálatoknak vetettük alá. 

2.ábra PLA elemi erősítőszálak a PBS mátrixban [Forrás: saját SEM felvétel]

Az eredményeket tekintve az úgynevezett ejtődárdás vizsgálatokból kalkulált perforációs energia (ütéselnyelő képesség) hozta a legkiemelkedőbb eredmények. Egy hagyományos PLA-ra jellemző fajlagosított perforációs energia érték ~1 J/mm, PBS-re vonatkozóan ~4 J/mm. Abban az esetben azonban ha azonos anyagcsaládba tartozó erősítőanyagot is felhasználunk (pl. PLA kötött kelme) ez az érték PLA mátixú/PLA erősítőanyagú kompozitok esetén kb. hatszoros értékre növelhető, míg PBS mátrixú/PLA erősítőanyagú kompozitok esetén a PBS mátrixhoz képest ~2,5 szeres növekedés érhető el.

Tovább olvasom »

Expandált politejsav (E-PLA)

A biopolimer habok fejlesztése napjaink egyik érdekes és kihívásokkal teli fejlesztési irányvonala. Ha körbenézünk környezetünkben, számos polimer habtermékkel találkozhatunk, gondoljuk csak az elektronikai termékek csomagolására (expandált polisztirol hab "hungarocell"), habszivacsra, épületet szigetelő habokra vagy akár a "polifoam" matracra. Ezek hátránya, hogy petrolkémiai alapúak és életciklusuk végén költségesen újrahasznosíthatóak. A politejsav (PLA), mint azt már számos bejegyzésben említettem a jövő alapanyagává válhat. Megújuló erőforrásból állítják elő és biológiai úton lebontható. Alkalmazási területének kiszélesítésének céljából a habosított termékgyártás, és fejlesztés is elindult. Kollégáimmal a PLA fizikai úton, széndioxiddal történő habosíthatóságát fejlesztjük és vizsgáljuk, azonban e mellett megjelent az expandált PLA habok fejlesztése és alkalmazása is.

A gyártástechnológia lényege, hogy a PLA granulátumot széndioxiddal impregnálják, majd ezeket a PLA "gyöngyöket" előhabosítják és zárt szerszámban formahabot készítenek belőle. Az egyik ilyen gyártástechnológiai módot a Biopolymer network szabadalmaztatta és termékét ZealaFoam néven hozta forgalomba (1.ábra).

1.ábra ZealaFoam (Expandált PLA hab) [Forrás: http://www.biopolymernetwork.com]

Tovább olvasom »

K-2016 előzetes a biopolimerek vonatkozásában

Idén 2016.10.19-10.26 között kerül megrendezésre a világ egyik legnagyobb műanyagipari kiállítása a K-2016. Több mint 3200 kiállító, 59 országból, 19 csarnokban, mintegy 170.000 m2-en fogja ismertetni termékeit, technológiáit és szolgáltatásait. E rendezvényre mi is nagy hallgatói létszámmal fogunk kilátogatni.

A biopolimer vonatkozásában egy fontos és kiemelendő programsorozat a Bioplastics Business Breakfast 2016 esemény 2016.10.20-22 között. E programsorozatban a rendezők külön szakmai napot szentelnek a PLA-nak mint innovatív biopolimernek. Az érdeklődök hasznos információkat hallhatnak a PLA jelenéről és jövőjéről, valamint a PLA alkalmazástechnológiájáról és modifikálásról is. A részletes program erre a linkre kattintva elérhető. A tapasztalatokról és hírekről a rendezvényt követően beszámolok.

Tovább olvasom »

WPC kompozitok és WPC biokompozitok

Napjainkban egy barkácsáruházba lépve gyakran találkozhatunk különféle burkoló elemekkel, közülük is az egyik kiemelkedő termékcsoport az úgynevezett WPC (Wood Plastic Composites) azaz fával töltött/erősített polimer kompozit (1.ábra). 

1. ábra WPC burkolóelemek  [Forrás: http://wpcwallpanel.com/]

Főként kültéri járóburkolatok, profilok, borítólécek, de rotációs öntéssel készült karosszéket is készítenek belőle. Mátrixanyagként főleg petrolkémiai úton előállított polietilént (PE), polivinil-kloridot (PVC) és polipropilént (PP) használnak, de mára megjelent a termoplasztikus keményítő és politejsav (PLA) alkalmazása is (www.jeluplast.com, lsd. 2.ábra), amellyel 100%-ban biológiai úton lebontható (pl. komposztálás) termékeket állítanak elő. 

2.ábra PLA alapú WPC kültéri burkolat [Forrás:http://news.bio-based.eu/wood-plastic-composite-pla/]

Gyártástechnológiáját tekintve az alkalmazott mátrixanyaghoz (pl. PLA) ikercsigás extruder segítségével 60-80 m% farostot/falisztet (fenyő, bükk, nyárfa, juhar, tölgy stb.) és a két fázis közötti határfelületi kapcsolat javításának érdekében kapcsolóanyagot kevernek hozzá. Egy ilyen speciális extruder csigaátmérője 38-135 mm közötti és világszinten a WPC-ből ~2,5 millió tonnát gyártanak évente. A gyártástechnológiáról a következő  linkre kattintva találhat további információt.

Tovább olvasom »

Mekkora egy átlagos politejsav fólia oxigénáteresztő képessége?

Egy csomagolóanyag fontos minősítő paramétere lehet annak gázáteresztő képessége is, amely a benne tárolt termék élettartalmát, minőségét nagyban befolyásolhatja. Az elmúlt hónapokban az általunk gyártott politejsav alapú fóliákat gázáteresztőképességi vizsgálatoknak is alávetettük. Arra kerestük a választ, hogy a hagyományosan, nagy mennyiségben használt, kőolaj alapú, biológiai úton nem lebontható kis sűrűségű polietilén (LDPE) fóliához képest az általunk gyártott politejsav (PLA) fóliák oxigénáteresztő képessége mekkora értéket mutat.

Vizsgálatainkat 100 µm vastagságú fóliamintákon (LDPE, PLA) végeztük egy Brugger GDP-C gázáteresztőképességet meghatározó készülékkel. Az eredményt az 1.ábra szemlélteti.

1. ábra PLA alapú fólia oxigénáteresztő képességének alakulása a hagyományos LDPE fóliához képest [Forrás: saját ábra]

Az eredményekből látható, hogy a PLA alapú fóliák oxigénáteresztő képessége egy nagyságrenddel kisebb mint az LDPE alapú fóliáknak, amely a bio-alapú PLA csomagolóanyag újabb előnyös tulajdonságának tekinthető :)

Tovább olvasom »

A bioműanyagok...

Napjainkban gyakran találkozhatunk a bioműanyag kifejezéssel, amelyet számos módon értelmezhetünk. Nézzük is hogyan csoportosíthatjuk polimereinket, mit is jelent e kifejezés?

A polimereket alapanyagukat tekintve két fő: I. Fosszilis/petrolkémiai alapú és II. Megújuló erőforrás alapú csoportokba sorolhatjuk. Ezeken belül megkülönböztethetünk biológiai úton le-, illetve nem lebontható csoportokat (lsd. 1.ábra).

1.ábra Polimer alapanyagok csoportosítása alapanyag és lebonthatóság szerint [Forrás:European Bioplastics/Istitute for Bioplastics and Biocomposites (en.european-bioplastics.org]

A jelenleg alkalmazott hagyományos tömegműanyagok pl. PE, PP, PET jellemzően petrolkémiai alapúak és biológiai úton nem lebonthatóak. Évről-évre azonban növekszik a biomasszából előállítható már bio szóval ellátott bio-polietilén és bio-PET előállítása és alkalmazása is (2.ábra). E termékek jellemzője, hogy megújuló erőforrásból előállíthatóak, de biológiai úton továbbra sem lebonthatóak.

2.ábra Globális biopolimer termék gyártás előjelzése 2017-re, ipar szerint [Forrás:European Bioplastics/Istitute for Bioplastics and Biocomposites (en.european-bioplastics.org)]

A politejsav (PLA), polibutilén-szukcinát (PBS) és társai a megújuló erőforrás alapú és biológiai úton lebontható polimerek halmazát képezik, míg a poli-kaprolakton (PCL) petrolkémiai alapú de emellett biológiai úton lebontható. 

A biológiai úton lebontható polimernek biotikus környezetbe helyezve gombák, baktériumok enzimatikus lebontó képességének hatására bomlanak le és bomlástermékeik nem szennyezik a környezetet!

Tovább olvasom »

Atomerőtér mikroszkópia (AFM) alkalmazása Politejsav/Polibutilén-szukcinát fóliák vizsgálatára

Az elmúlt időszakban többek között a politejsav (PLA) tulajdonságainak változtatásával foglalkoztunk és e célból biológiai úton lebontható polibutilén-szukcinát (PBS), PLA-ra gyakorolt hatását vizsgáltuk. A PLA-t és PBS-t különböző mennyiségben ikercsigás extrúzió segítségével kevertük össze, majd síkfóliagyártással fóliákat állítottunk elő 100 µm-es vastagságban (1.ábra).

1.ábra PLA/PBS fólia előállítása síkfóliagyártással [Forrás: saját kép ]

Ezt követően a gyártott fóliákat széleskörű vizsgálatoknak vetettük alá, amelyek közül most egy érdekes vizsgálati módszert az atomerőtér mikroszkópiát (AFM) szeretném röviden bemutatni. Az AFM egy képalkotó eljárás, ahol egy hegyes tű segítségével nagy felbontásban tapogatjuk le a minta felületét kontakt (tapping mód) vagy nem-kontakt (van der Waals erők hatásával) módban (2.ábra). Ez a tű egy torziós lapka alján helyezkedik (cantilever) el és a tűt piezo mechanika mozgatja. Ezt a torziós lapkát egy lézernyaláb világítja meg, amelyről a nyaláb egy négy részből álló fotodetektorba tükröződik. A cantilever mozgásával (elhajlásával) a lézerfény más detektor szegmensbe jut és a vezérlő ez alapján jelzi az elhajlás irányát. Segítségével 2D és 3D-s felvételeket készíthetünk a mintáról.

2.ábra AFM felépítésének elvi vázlata [Forrás: www2.sci.u-szeged.hu/inorg/MOMA/ch08s03.html]

A 3.ábrán 80 m% PLA-t és 20 m% PBS-t tartalmazó fóliaminta AFM felvétele látható. 

3.ábra Politejsav és Polibutilén-szukcinát alapú fólia AFM felvétele [Forrás: Saját kép]

Az ábrán a fehéres cseppek jelzik a PBS fázist, míg a sárgás terület a PLA folytonos fázist. E felvételből látható, hogy a PLA és PBS alapanyagok egymással nem elegyednek, külön fázist alkotnak. Érdekesség, hogy e fázismorfológia a keverék arányának megváltoztatásával jelentős eltérést mutat, amely a mechanikai tulajdonságokat nagyban megváltoztatja. Jelenleg széles tartományban e jelenséget kutatjuk és vizsgáljuk.

Tovább olvasom »

III. Péch Antal Szakmai Nap 2016

Márciusban egy megtisztelő felkérést kaptam a Tatabányai Szakképzési Centrum Műszaki Szakközépiskola részéről, hogy a III. Péch Antal Szakmai Napon, egy előadás keretében mutassam be a kutatási területemet a szakközépiskola gépész hallgatóinak, illetve a környező általános iskolákról érkező diákoknak. Előadásom címének a "Politejsav alapú bioanyagok és biokompozitok fejlesztése" címet adtam, amely a célomnak megfelelően sok kérdést vetett fel. :)

1.ábra III. Péch Antal Szakmai Nap 2016 [Forrás: saját kép]

A rendezvény egy kiválóan felépített, látványos fizikai kísérletsorozattal indult, amelyet a Csodák Palotájától érkező előadó tartott, majd ezt követően két szekcióban következtek az előadások és egyéb bemutatók. Az előadásom után számos kérdést kaptam a bioanyagok árára, alkalmazhatósági területére vonatkozóan. Meglepődtem, hogy az általános iskolás diákok közül sokan felkészülten érkeztek az előadásra. Utána kerestek az interneten a politejsavnak (PLA), mint alapanyagnak  és kérdéseket tettek fel a PLA, 3D-s nyomtatásnál való alkalmazhatóságára vonatkozóan.

Összességben elmondható, hogy egy érdekes és szakmailag széles és színes programsorozat volt. :)

Tovább olvasom »

Politejsav/Polibutilén-szukcinát fóliák előállítása

A szakirodalmak és korábbi kutatási eredményeink rámutattak arra, hogy a polibutilén-szukcinát (PBS) sikerrel alkalmazható politejsav (PLA) szívósítására. Alkalmazásával a PLA csekély ütőszilárdsága (4-6 kJ/m2) és szakadási nyúlása (2-3%) jelentősen növelhető. 

Mostani bejegyzésemben arra kívánok rávilágítani, hogy e polimerekből álló keverékből bio-fólia is sikerrel előállítható (1.ábra).

1. ábra PLA/PBS alapú fólia előállítása síkfóliagyártással [Forrás: saját kép]

Szakdolgozatíró hallgatómmal különböző összetételű PLA/PBS fóliák előállítását és részletes morfológiai, mechanikai és mikroszkópi vizsgálatát kezdtük meg...

Tovább olvasom »

A PLA fizikai habosításának megvalósítása...

Az előző bejegyzésemben említett cikk, amely a PLA habosításával foglalkozik megjelent :)

Pontos adatai a következőek:

Bocz K., Igricz T., Kmetty Á., Tábi T., Szabó B., Vadas D., Kiss L., Vigh T., Marosi Gy.: Funkcionalizált biopolimer habok fejlesztése szuperkritikus széndioxiddal segített extruzióval. Polimerek, 2, 46-49 (2015).

Elérhetőségéhez katt erre a linkre :)

Tovább olvasom »

Habosítható a PLA?

Az elmúlt hónapok sok-sok eredményt szolgáltattak, amelyeket hallgatóim sikerrel interpretáltak és védtek meg záróvizsgáikon. Ezek közül az egyik legérdekesebb eredmény, hogy a BME Szerves Kémia és Technológia Tanszékkel közösen a politejsav habosítását céloztuk meg. 

Polimer habokat az élet számos területén alkalmazunk gondoljunk csak a csővezetékek szigetelésére, a fitness órákon használt "polifoam"-ra (lsd.:1.ábra) vagy akár a polisztirol szigetelőanyagokra. 

1.ábra Yoga matracok [Forrás: www.tlbox.com]

De mit is nevezünk haboknak?

Előadásaimon a következőképpen foglalom össze: Olyan kétfázisú rendszer, amelyben statisztikus eloszlású, változó méretű gázbuborékok találhatóak polimer mátrixban

A habosításnak két lehetséges módja van:

1. Fizikai úton történő habosítás
2. Kémiai úton történő habosítás

Mi az előbbit alkalmaztuk, azaz fizikai habképzőszert, CO2-t adagoltunk a politejsavhoz szuperkritikus fluidum állapotban (olyan folyadékállapota az anyagnak, amelyet a hőmérséklet és a nyomás kritikus értékén vagy afölött tartva érhetünk el). 

A megvalósítás pontos módját hamarosan megjelenő, szabad hozzáférésű és magyar nyelvű publikáció formájában mutatjuk be...

Tovább olvasom »