Opracowywanie technologii otrzymywania polimerów z surowców odnawialnych, jako alternatywy dla polimerów petrochemicznych, jest w ostatnich latach tematem bardzo aktualnym z powodów ekologicznych o zasięgu ogólnoświatowym. Dodatkowo zagadnienie to wpisuje się w Europejską koncepcję gospodarki obiegu zamkniętego, nastawionej m.in. na zrównoważoną produkcję materiałów polimerowych. Na podstawie analiz rynkowych wykazano, że kwas itakonowy (IA), otrzymywany biotechnologicznie na skalę przemysłową, jest jednym z najbardziej obiecujących biosurowców chemicznych, możliwym do zastosowania w wytwarzaniu szerokiej gamy produktów. IA stał się ważnym bio-monomerem pochodzenia naturalnego, alternatywnym do monomerów petrochemicznych takich jak kwas akrylowy i metakrylowy.
Projekt stanowi rozwinięcie naszych dotychczasowych badań, które wykazały, że dzięki zastosowaniu nowatorskich mediów reakcyjnych tzw. Deep Eutectic Monomers (DEMs), bez dodatku inicjatorów, a tylko przy użyciu światła dziennego, jest możliwa synteza polielektrolitów z IA o niespodziewanie dużych ciężarach cząsteczkowych (HMWPIA), odpowiednich to otrzymywania hydrożeli fizycznych. Planujemy poznać mechanizm procesu polimeryzacji w DEM, które jest układem polarnym, a dzięki silnej sieci wiązań wodorowych pomiędzy składnikami DEM, posiadającym również bardzo dużą lepkość. Jesteśmy ciekawi jak właściwości medium reakcyjnego (tzn. DEM) wpłyną na kinetykę procesów inicjacji i terminacji polimeryzacji oraz na strukturę i właściwości powstałych polimerów. Ważne jest również dla nas wyjaśnienie zjawiska samoorganizacji, zachodzącego dzięki oddziaływaniom jonowym, w układach wodnych polielektrolit-nanonapełniacz-dyspersant, które prowadzi do spontanicznego tworzenia się nanokompozytowych hydrożeli. Zrozumienie tego zjawiska, pozwoli nam na otrzymanie wytrzymałych mechanicznie materiałów hydrożelowych.
Projekt jest zorientowany na pozyskanie nowej wiedzy podstawowej, która ma również znaczenie praktyczne i może służyć do stworzenia nowych lub ulepszenia istniejących, produktów i rozwiązań. Przykładowo, nasze nanokompozytowe materiały hydrożelowe mogą być stosowane w rolnictwie, zwiększając efektywność pobierania wody i składników odżywczych przez rośliny. Są one również obiecującymi superabsorbentami do produkcji środków higienicznych i innych. Mają one również potencjalne zastosowanie w systemach do kontrolowanego uwalniania leków i inżynierii tkankowej. Warto podkreślić, że materiały te mogą być łatwo formowane za pomocą reaktywnego wtrysku do form lub drukowania 3D i przybierać różne kształty (np. arkuszy, rurek i inne, bardziej skomplikowane), co jest bardzo ważne i korzystne z praktycznego punktu widzenia.
Szczegółowe cele naukowe projektu:
Opracowanie metod syntezy nowych wysokocząsteczkowych polimerów i kopolimerów itakonowych;
Opis mechanizmu polimeryzacji rodnikowej kwasu itakonowego bez użycia inicjatorów, w niskotopliwych organicznych mieszaninach dwuskładnikowych (np. z czwartorzędowymi solami amoniowymi), z uwzględnieniem roli medium, struktury rodników inicjujących i produktów ubocznych powstających w procesie;
Opracowanie nowych metod wytwarzania hydrożeli fizycznych na bazie poli(kwasu itakonowego) o strukturze determinowanej przez oddziaływania jonowe z nanonapełniaczami nieorganicznymi;
Uzyskanie wiedzy na temat struktury i oddziaływań międzyfazowych w hydrożelach nanokompozytowych.
Dane o projekcie:
Konkurs: CEUS-UNISONO na dwustronne lub trójstronne projekty badawcze dla zespołów z Austrii, Czech, Słowenii i Polski
Jednostki finansujące: Narodowe Centrum Nauki oraz Agencja Grantowa Republiki Czeskiej
Tytuł: Polielektrolity oparte na odnawialnym kwasie itakonowym do otrzymywania samoorganizujących się hydrożeli nanokompozytowych
Nr umowy: UMO-2020/02/Y/ST5/00021
Data rozpoczęcia realizacji projektu: 2021-02-10
Data zakończenia realizacji projektu: 2024-02-09
Budżet (strona polska): 922 800 PLN
Kierownik projektu, strona polska: dr hab. inż. Szczepan Bednarz, Katedra Biotechnologii i Chemii Fizycznej, Wydział Inżynierii i Technologii Chemicznej PK
Kierownik projektu, strona czeska: dr inż. Hynek Beneš, Institute of Macromolecular Chemistry CAS, Heyrovského nám. 2, 162 06 Prague 6, Czech Republic
Strona Projektu: https://www.researchgate.net/project/Biomass-derived-itaconic-acid-based-polyelectrolytes-for-synthesis-of-self-assembled-nanocomposite-hydrogels
