GŁÓWNY INSTYTUT GÓRNICTWA

Jednym z obszarów badawczych Zakładu Inżynierii Materiałowej, GIG są badania związanie z zagadnieniami biopolimerów i biokompozytów oraz recyklingiem tworzyw polimerowych. W ciągu ostatnich lat tematy te stają się coraz bardziej popularne i klasyfikowane są, jako jedne z głównych trendów rozwojowych w przemyśle tworzyw polimerowych, ze względu na wiele czynników, między innymi: ekologicznych, ekonomicznych, politycznych i społecznych. 

W ostatnich latach w Zakładzie Inżynierii Materiałowej realizowano szereg projektów badawczych związanych z zagadnieniami biopolimerów i biokompozytów oraz recyklingiem tworzyw polimerowych:

• „Wielowarstwowa folia nowej generacji do produkcji kiszonek” – Projekt finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach Programu Badań Stosownych na podstawie Umowy o wykonanie i finansowanie projektu nr PBS3/B9/30/2015. Realizowany w latach 2015-2017

• „Zastosowanie biomasy do wytwarzania materiałów polimerowych przyjaznych środowisku” – Praca sfinansowana ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego oraz ze środków budżetu państwa w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka 2007-2013. Realizowany w latach 2009-201

• „Nowe przyjazne dla środowiska kompozyty polimerowe z wykorzystaniem surowców odnawialnych” – Praca sfinansowana ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego oraz ze środków budżetu państwa w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka 2007-2013. Realizowany w latach 2009-2013

• „Odpady polimerowe pochodzące ze sprzętu elektrycznego i elektroniki oraz pojazdów wycofan„Zastosowanie biomasy do wytwarzania materiałów polimerowych przyjaznych środowisku” – Praca sfinansowana ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego oraz ze środków budżetu państwa w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka 2007-2013. Realizowany w latach 2009-201ych z eksploatacji” – Praca sfinansowana ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego oraz ze środków budżetu państwa w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka 2007-2013. Realizowany w latach 2009-2013

• „Badania nad poprawą homogeniczności biokompozytów TPS/PE” – Praca sfinansowana ze środków Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego, 2012

• „Ocena wybranych odpadów polimerowych pod kątem ich wykorzystania, jako paliwa alternatywne” – Praca sfinansowana ze środków Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego, 2012

•  „Opracowanie technologii otrzymywania i badanie właściwości fizykomechanicznych kompozytów na bazie polietylenu i włókien keratynowych” – Praca sfinansowana ze środków Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego, 2011

•  „Badanie właściwości fizykomechanicznych kompozytów na bazie recyklatu PEHD z dodatkiem kotoniny lnianej” – Praca sfinansowana ze środków Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego, 2011

• „Wpływ starzenia polietylenu w procesie wytłaczania na jego właściwości fizykomechaniczne” – Praca sfinansowana ze środków Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego, 2010

• „Badanie starzenia polipropylenu w procesie wielokrotnego przetwarzania metodą wtrysku” – Praca sfinansowana ze środków Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego, 2010

•  „Opracowanie technologii otrzymywania polietylenu biodegradowalnego z przeznaczeniem do wytłaczania z rozdmuchem oraz formowania rotacyjnego” – Projekt badawczy, celowy ZR72008C/07136, 2010

• „Gospodarka i rozwój technologicznego wykorzystania odpadów z tworzyw polimerowych w Polsce”, PBZ-MNiSW-5/3/2006 – Praca sfinansowana ze środków Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego, 2007 – 2010

• „Rozwój systemów recyklingu i utylizacji”,  PBZ-PW-004/06/2006/2/UW-2006 – Praca sfinansowana ze środków Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego, 2007 – 2008

 

02

Ograniczenie palności:

 

W Zakładzie Inżynierii Materiałowej prowadzone są prace badawcze ukierunkowane na otrzymanie nowych materiałów polimerowych o ograniczonej palności, które będą stanowić grupę bardzo zaawansowanych trudnopalnych polimerów spełniających wzrastające wymagania norm europejskich dotyczących środków uniepalniających oraz uniepalnienia gotowych produktów, które znajdą zastosowanie w takich gałęziach przemysłu jak: górnictwo, transport, przemysł kablowy oraz sprzętu gospodarstwa domowego. Szczególnego znaczenia nabiera problem ograniczenia palności wyrobów polimerowych, związany przede wszystkim z ochroną zdrowia i życia, ale wynikający również ze względów ekonomicznych. Dużą uwagę skupiają, zatem procesy, jakim ulegają polimery w podwyższonej temperaturze oraz zjawiska towarzyszące ich spaleniu, tj. wydzielanie ciepła, substancji toksycznych, emisja dymu, rozprzestrzenianie się płomienia i żarzenia.

W celu ograniczenia ilości środków uniepalniających w materiałach polimerowych prowadzone są prace badawcze w dziedzinie nanotechnologii związane z zastosowaniem nanonapełniaczy, takich jak: nanokrzemionka, nanonapełniacze glinokrzemianowe, nanowłókna glinokrzemianowe (attapulgit) oraz nanowłókna lub nanorurki węglowe, coraz częściej stosowane zarówno w kompozycjach elastomerowych, jak i tworzywach termoplastycznych. Materiały te stanowią kompozyty termoplastyczne o ograniczonej palności złożone z polimerowej osnowy oraz mikro i nano- napełniacza funkcjonalnego.

Działalność Zakładu obejmuje wytwarzanie, optymalizację i badania właściwości oraz możliwości zastosowania nowych nanonapełniaczy do różnych polimerów, w tym: termoplastów, żywic oraz elastomerów. W ten sposób opracowywane są polimerowe kompozyty i nanokompozyty o obniżonej palności, zwiększonej odporności na wysoką temperaturę, charakteryzujące się zmniejszoną ilością wydzielanych dymów oraz toksycznych gazów podczas spalania, zmniejszoną emisją CO podczas spalania, co jest zgodne z polityką unijną, brakiem halogenowych środków uniepalniających oraz obecnością bardzo efektywnych zielonych uniepalniaczy.

Główne cele badawcze:

 

• Modyfikacja uniepalniaczy w postaci mikro i nano, aby były bardziej kompatybilne z osnową polimerową.

• Modyfikacja osnowy polimerowej w celu zwiększenia adhezji pomiędzy osnową polimerową a mikro i nanododatkami a tym samym poprawy różnorodnych właściwości użytkowych (np. wytrzymałości, palności) i przetwórczych.

• Opracowanie efektywnych systemów uniepalniających opartych na efektywnych i przyjaznych dla środowiska uniepalniaczach

• Opracowanie składu uniepalnionych koncentratów oraz materiałów polimerowych o zmniejszonej palności

• Opracowywanie efektywnych metod przetwórczych prowadzących do otrzymywania wyrobów o wymaganych właściwościach, np. ograniczona palność oraz dobre właściwości antyelektrostatyczne i mechaniczne.

• Otrzymanie i zastosowanie specyficznych funkcjonalnych mikro i nano- materiałów polimerowych o określonych właściwościach szczególnie odpornych na działanie bardzo wysokiej temperatury oraz trudno zapalnych. Szczególnego znaczenia nabiera problem ograniczenia palności wyrobów polimerowych, związany przede wszystkim z ochroną zdrowia i życia, ale wynikający również ze względów ekonomicznych. Dużą uwagę skupiają, zatem procesy, jakim ulegają polimery w podwyższonej temperaturze oraz zjawiska towarzyszące ich spaleniu, tj. wydzielanie ciepła, substancji toksycznych, emisja dymu, rozprzestrzenianie się płomienia i żarzenia.

• Opracowanie polimerowych kompozytów i nanokompozytów o obniżonej palności, zwiększonej odporności na wysoką temperaturę, charakteryzujących się zmniejszoną ilością wydzielanych dymów oraz toksycznych gazów podczas spalania, zmniejszoną emisją CO podczas spalania, co jest zgodne z polityką unijną, brakiem halogenowych środków uniepalniających oraz obecnością bardzo efektywnych zielonych uniepalniaczy.

 

03

Nanostrukturalne materiały polimerowe o kontrolowanych właściwościach elektrycznych

Większość materiałów polimerowych to dielektryki, czyli materiały, które nie przewodzą prądu elektrycznego, o rezystywności powierzchniowej od 1013 do 1016 Ω i powyżej.

Ta mała przewodność elektryczna polimerów jest przyczyną występowania zjawiska elektryczności statycznej, która według normy PN-E-05200:1992 „Ochrona przed elektrycznością statyczną” jest zespołem zjawisk towarzyszących pojawieniu się na materiałach o małej przewodności elektrycznej oraz na obiektach przewodzących, odizolowanych od ziemi, ładunku elektrycznego, który nie jest zrównoważony ładunkiem przeciwnego znaku. Gromadzenie się ładunków elektrycznych na powierzchni polimerów powoduje różne niekorzystne skutki podczas otrzymywania, przetwórstwa a zwłaszcza użytkowania wyrobów z tworzyw sztucznych. Jest to przyczyną szybszego zabrudzenia powierzchni, efektu sklejania i odpychania się folii, możliwości gwałtownego wyładowania elektrycznego, które może zakończyć się zapaleniem lub wybuchem. Z tego względu konieczne jest opracowywanie materiałów polimerowych o zwiększonej odporności na to zjawisko.

Prowadzone są badania nad różnymi anty(elektro)statykami jako napełniaczami w kompozytach polimerowych. Przewodność elektryczną polimerów można zwiększyć przy użyciu sadzy elektroprzewodzącej, ekspandowanego grafitu, grafenu, włókien węglowych i nanorurek węglowych, które mogą być wprowadzone do polimeru samodzielnie lub w parach. Różna struktura napełniaczy, ich kształt oraz ich dyspersja wpływają na utworzenie się efektywnych ścieżek przewodzących, które są kluczem do zmniejszenia progu perkolacji czy zwiększenia przewodności elektrycznej kompozytów polimerowych zawierających te napełniacze .