Technologię otrzymywania polimerów z surowców odnawialnych jako alternatywy dla polimerów petrochemicznych opracowują naukowcy z Politechniki Krakowskiej. Wykorzystują do tego celu kwas itakonowy.
Projekt, który otrzymał finansowanie w konkursie CEUS-UNISONO, realizowany jest wspólnie z Instytutem Chemii Makromolekularnej Akademii Nauk Republiki Czeskiej. Politechnika Krakowska otrzyma na badania ponad 920 tys. zł. Jak tłumaczy dr hab. inż. Szczepan Bednarz, kierownik polskiego zespołu, opracowywanie technologii otrzymywania polimerów z surowców odnawialnych, jako alternatywy dla polimerów petrochemicznych, jest w ostatnich latach tematem bardzo aktualnym z powodów ekologicznych, będących podstawą gospodarki obiegu zamkniętego.
Kwas itakonowy to substancja naturalna wytwarzana przez mikroskopijne grzyby. Na skalę przemysłową jest on produkowany metodami biotechnologicznymi. Związek ten służy obecnie głównie jako dodatek przy produkcji kauczuków i innych polimerów, w tym służących do zmiękczania wody, np. w środkach piorących lub produktach do zmywania – wyjaśnia naukowiec z Wydziału Inżynierii i Technologii Chemicznej PK.
Ze względu na duży potencjał kwasu itakonowego, który może stanowić materiał wyjściowy do syntezy szerokiej gamy różnych produktów chemicznych, a także – w przeciwieństwie do petrochemicznego kwasu akrylowego i metakrylowego – odnawialność, zainteresowanie naukowe tym związkiem jest coraz większe. W krajach Unii Europejskiej zrealizowano kilka dużych projektów badawczych z udziałem czołowych uczelni i wiodących firm branży chemicznej. Prace dotyczyły rozwijania technologii z zastosowaniem tego naturalnego kwasu. Projekt z udziałem Politechniki Krakowskiej wpisuje się w ten nurt.
Dzięki badaniom wstępnym odkryliśmy, że w pewnych warunkach możliwe jest przekształcenie kwasu itakonowego w polimery o bardzo dużych cząsteczkach, nieznanych wcześniej dla tego związku. Roztwory wodne tych polimerów w temperaturze pokojowej bardzo łatwo i szybko tworzą hydrożele. Wystarczy taki roztwór energicznie zmieszać z zawiesiną odpowiedniego minerału ilastego. Uzyskane materiały maję szereg interesujących cech: składają się w 80–90 proc. z wody, składnik polimerowy i mineralny są tanie i nietoksyczne, a dodatkowo pochodzą one z surowców odnawialnych – tłumaczy dr hab. inż. Szczepan Bednarz
Naukowcy chcą m.in. wyjaśnić zjawisko samoorganizacji, zachodzące dzięki oddziaływaniom jonowym w układach wodnych polielektrolit-nanonapełniacz-dyspersant, które prowadzi do spontanicznego tworzenia się nanokompozytowych hydrożeli. Zrozumienie tego zjawiska pozwoli m.in. na uzyskanie bardziej wytrzymałych mechanicznie materiałów hydrożelowych, które mogą być stosowane w rolnictwie, zwiększając efektywność pobierania wody i składników odżywczych przez rośliny. Są one też obiecującymi superabsorbentami do produkcji środków higienicznych. Co więcej, mają potencjalne zastosowanie w systemach do kontrolowanego uwalniania leków i inżynierii tkankowej. Warto podkreślić, że materiały te mogą być formowane za pomocą reaktywnego wtrysku do form lub drukowania 3D i przybierać różne kształty.
Będziemy badać właściwości i wskazywać potencjalne zastosowania dla uzyskanych nowych materiałów, a dzięki temu eksplorować nowe chemiczne sposoby zagospodarowania kwasu itakonowego – wskazuje kierownik projektu na Politechnice Krakowskiej.
Realizacja polsko-czeskiego przedsięwzięcia potrwa do 2024 r. To nie pierwsza wspólna inicjatywa Politechniki Krakowskiej i Akademii Nauk Republiki Czeskiej. W 2016 roku, w ramach projektu networkingowego pn. „The Advanced Biomaterials Group (ABIOG)”, finansowanego z Międzynarodowego Funduszu Wyszehradzkiego (konkurs Small Grants Programme), krakowska uczelnia jako lider, wraz z Instytutem Chemii Makromolekularnej Akademii Nauk Republiki Czeskiej, Instytutem Polimerów Słowackiej Akademii Nauk oraz Uniwersytetem Techniczno-Ekonomicznym w Budapeszcie, zorganizowała cykl kilkudniowych spotkań seminaryjnych. Później odbyła się konferencja naukowa „8th Workshop on Green Chemistry and Nanotechnologies in Polymer Chemistry”. Ponadto naukowcy z PK wraz ze swoimi czeskimi kolegami prowadzili wspólne badania naukowe, których celem – oprócz aspektów badawczych – było znalezienie takiej tematyki, która wzbudzi zainteresowanie obydwu zespołów. Wyniki tych prac stały się podstawą do złożenia wniosku o finansowanie w CEUS-UNISONO.
Międzynarodowy program CEUS służy dofinansowaniu badań podstawowych planowanych do realizacji we współpracy zespołów badawczych z dwóch lub trzech krajów uczestniczących w programie. Przedsięwzięcie realizowane jest przez Narodowe Centrum Nauki, a także agencje finansujące badania naukowe z Austrii, Czech oraz Słowenii.
źródło: PK