Projekti / Programi
Polimeri s posebnimi lastnostmi
01. januar 2004
- 31. december 2008
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.04.00 |
Tehnika |
Materiali |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T390 |
Tehnološke vede |
Polimerska tehnologija, biopolimeri |
Funkcionalni polimeri, prevodni polimeri, biorazgradljivi polimeri, supramolekularni polimeri, visoko razvejeni polimeri, tekočekristalinični polimeri, prepletene polimerne mreže, polimerni nanokompoziti, recikliranje polimerov in polimernih materialov, polimeri iz obnovljivih virov, polimerizacija, degradacija, karakterizacija.
Raziskovalci (21)
Organizacije (2)
Povzetek
Vsebina raziskovalnega programa so raziskave novih funkcionalnih polimerov in polimernih materialov s posebnimi lastnostmi. Na področju funkcionalnih polimerov bodo raziskave usmerjene v sintezo in karakterizacijo v povezavi z aplikacijo (a) biorazgradljivih polimerov kot nosilcev zdravilnih učinkovin na osnovi poliestrov, poliamidov in poliesteramidov iz naravnih monomerov, kot so npr. mlečna, glikolna ali asparaginska kislina, (b) prevodnih polimerov na osnovi substituiranih anilinov, (c) supramolekularnih polimerov na osnovi poliuretanov in nizkomolekulranih donorjev vodikove vezi, (d) visoko razvejenih polimerov na osnovi visoko razvejenih poliestrov, (e) tekočekristaliničnih poliestrov in (f) prepletenih polimernih mrež poliuretanov in akrilatov. Raziskali bomo njihove lastnosti v odvisnosti od sestave, strukture, arhitekture, morfologije in stopnje zamreženja polimera. Raziskave na področju polimernih materialov bodo usmerjene v (a) ionsko prevodne polimere in pripravo kompozitnih membran za gorivne celice na osnovi aromatskih in fluoriranih polimerov z dodatki anorganskih nanostrukturnih polnil ter ionomernih primesi; (b) pripravo nanokompozitov iz polimernih matric in nanopolnili v talini ali in-situ; cilj so izboljšane lastnosti v primerjavi s konvencionalnimi kompoziti (kemijska odpornost, toplotna obstojnost, električna prevodnost, prepustnost za pline in mehanske lastnosti). Polimerne matrice bodo nekateri prej omenjeni polimeri lastne sinteze in nekateri komercialno dosegljivi polimeri; (c) na področju recikliranja polimerov bomo iz razgradnih produktov polietilentereftalata sintetizirali polimere za uporabo pri pripravi kompozitnih materialov; (d) na področju sinteze polimerov iz obnovljivih virov bomo raziskali postopke utekočinjanja lesa in uporabe produktov za sintezo polimerov, predvsem veziv (npr. polietsri, poliuretani).
Ker so sodobni polimerni materiali kompleksne večkomponentne zmesi, ki jih sestavljajo polimeri različne kemijske sestave, strukture in stopnje polimerizacije, bomo za njihovo karakterizacijo razvijali napredne metode s povezavo različnih separacijskih tehnik s selektivnimi detektorji, nameravamo pa razviti tudi dvodimenzionalno (2D) kromatografijo, s katero polimere frakcioniramo ne le po molski masi, temveč tudi po funkcionalnosti ali kemijski sestavi.
Pomen za razvoj znanosti
Razvoj polimerov s posebnimi lastnostmi sledi ciljem specifičnih namenov uporabe v modernih tehnologijah. Odpirajo se vedno nova področja uporabe, zato imajo velik aplikativni pomen za razvoj novih, tehnološko zahtevnih, vendar visoko profitabilnih materialov. Med le-te lahko uvrstimo tudi polimere, polimerne in elastomerne materiale, ki smo jih raziskovali in razvili v okviru programa. Nekatere raziskave, ki smo jih začeli v okviru prejšnjega programa (tekočekristalinični polimeri, prepletene polimerne mreže), smo zaključili, nekatere nadaljevali (visoko razvejeni, okoljsko razgradljivi in električno prevodni polimeri), odprli pa smo nova področja biorazgradljivih polimerov in priprave nanodelcev ter polimernih in elastomernih nanokompozitov. Glede na znanstvene rezultate, t.j. objave v najboljših revijah področij, lahko izpostavimo predvsem področja visoko razvejenih polimerov (objave v revijah Macromolecules, Polymer, J. Chromatogr. A, Macromol. Chem. Phys.), okoljsko razgradljivih polimerov (Biomacromolecules, Chemosphere, Polym. Degr. Stab.), prepletenih polimernih mrež (Polymer, Eur. Polym. J.) in priprave nanodelcev in nanokompozitov (Crystal Growth&Design, Eur. Polym. J.). S temi objavami dokazujemo, da se enakovredno vključujemo v mednarodni znanstveni prostor, rezultat pa so vabljena predavanja na mednarodnih znanstvenih konferencah, sodelovanje pri EU projektih, sodelovanje z mednarodno uveljavljenimi raziskovalnimi skupinami in prijave novih skupnih projektov. V nadaljevanju sledijo poudarki za posamezne sklope raziskav. Visoko razvejeni polimeri: natančno smo raziskali komercialne visoko razvejene poliestre, HB-PES (Boltorn HX, Perstorp) treh psevdogeneracij z različnim teoretičnim razmerjem jedro/monomer in jih opredelili glede na molsko maso, sestavo in strukturo. Zaradi samo-kondenzacije monomera kot glavne stranske reakcije pri sintezi teh poliestrov nastajajo visoko razvejene strukture brez jedra, ki močno znižajo povprečja molskih mas v primerjavi s teoretičnimi vrednostmi in vplivajo na lastnosti. To smo prikazali z raziskavami vpliva staranja poliestrov pri različnih temperaturah in časih na reorganizacijo strukture, termične in reološke lastnosti. Čeprav HB polimere v splošnem uvrščamo med amorfne polimere, smo ugotovili, da med staranjem nastane mikrostruktura različne stopnje urejenosti. Termične in reološke lastnosti poliestra so posledica urejanja strukture preko H-vezi med linearnimi sekvencami, ki so v HB-PES prisotne kot nepravilnosti v strukturi. Viri: COBISS.SI-ID 2983962, 3262490, 3409434, 3741722. Objave tega sklopa imajo največje število citacij. Okoljsko razgradljivi polimeri: strukturno smo analizirali polihidroksialkanoatne kopolimere in terpolimere z NMR visoke ločljivosti (600 MHz) in ESI-MS spektrometrijo. Podrobno smo opisali porazdelitev posameznih monomernih enot in jo korelirali z lastnostmi. Viri: COBISS.SI-ID 2983194, 3544346. Nanodelci in nanokompoziti: nanodelce in nanožičke ZnO in Cu2O smo sintetizirali po poliolnem postopku v glikolih. Z ZnO smo pripravili nanokompozite iz polimetilmetakrilata (PMMA) po postopku polimerizacije v masi. Ostanki diola na površini delcev ZnO delujejo kot organofilni modifikatorji in so zato ZnO nanodelci homogeno porazdeljeni po polimerni matrici. Viri: COBISS.SI-ID 3645978, 3589146, 3669018, 3829530. Nanokompozite PMMA/montmorilonit (PMMA/MMT) smo pripravili z enostopenjsko in situ interkalacijsko polimerizacijo s sočasno potekajočo modifikacijo MMT s kvarterno amonijevo soljo, polimerizacijo MMA in interkalacijo polimera v plasti MMT. Vir:COBISS.SI-ID 3827482. Ionsko prevodni polimerni kompoziti: razvili smo membrano iz kompozitnega materiala za gorivne celice in jo patentirali. Vir: COBISS.SI-ID 2986522. Polimeri iz obnovljivih virov: razvili smo metodo za sočasno utekočinjanja lesa in sintezo poliestrov ter jo patentirali skupaj s postopki za sintezo različnih polimerov. Viri: COBISS.SI-ID 1405065, 1405321, 1405577.
Pomen za razvoj Slovenije
Izvajanje programa je potekalo v sodelovanju z Razvojnim inštitutom podjetja Savatech. Program je pomembno povezan s slovensko kemijsko industrijo, ki ustvarja velik delež narodnega dohodka ravno na področju polimernih materialov (okoli 40% prihodka kemijske industrije), število raziskovalcev in strokovnjakov na tem področju pa žal ne ustreza temu deležu in je premajhno. Program je bil zasnovan tako, da je ob vključevanju v najbolj aktualne raziskave v svetu, katerih skupni cilj je razvoj novih polimernih materialov z izboljšanimi lastnostmi in večjo sonaravnostjo polimernih materialov, ustvarjal novo znanje, potrebno za napredek slovenske industrije in predvsem za vzgojo kvalitetnih kadrov. V raziskovalno delo skupine so bili vključeni mladi raziskovalci in dodiplomski študenti, ki so se po končanem izobraževanju in pridobljenih akademskih stopnjah kvalificirano vključili v raziskovalno-razvojno delo. Ob nesporni znanstveni odličnosti raziskav (publikacije v najboljših revijah področij, organizacija največjega evropskega polimernega kongresa EPF 2007 z 800 udeleženci s celega sveta) je iz programa izšlo tudi devet patentov in patentnih prijav, kar kaže na inovativnost rezultatov in usmerjenost raziskav v aplikativno zanimiva področja tako za slovensko kot tudi mednarodno gospodarstvo. Eno od področij (polimeri iz obnovljivih surovin - utekočinjenega lesa) je bilo izbrano za predstavitev na prireditvi Hevreka 2006. Rezultati raziskav programa so bili podlaga za bolj intenzivno sodelovanje z industrijskimi partnerji, s katerimi smo uspešno izvedli nekaj razvojnih, industrijskih, Eureka in COST projektov, dva od teh v okviru sofinanciranja ESRR (Julon, Ljubljana; Savatech, Kranj). K temu so pripomogla tudi precejšnja finančna vlaganja v infrastrukturo (laboratorijski ekstruder, detektor na sipanje svetlobe, elektronski mikroskop na poljsko silo, krio-ultramikrotom). Aktivni smo bili tudi pri aktivnostih grozda Plasttehnika in pri organizaciji delovanja tehnološke platforme Napredni materiali in tehnologije (NaMaT), ki združujeta vizijo in povezujeta razvojne kapacitete industrijskih partnerjev in raziskovalnih inštitucij. Raziskave v okviru programa so dolgoročno pomembne za številne razvojne cilje Slovenije: spodbujanje konkurenčnosti in gospodarske rasti z racionalizacijo proizvodnje in razvojem novih proizvodov, procesov in tehnologij; varstvo okolja, učinkovita raba energije, izboljšanje kvalitete življenja in zdravja.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
