Oparte na wiedzy projektowanie lepszych biopolimerów
Konwencjonalne polimery (tworzywa sztuczne) są wykonywane z pochodnych ropy naftowej, dlatego też poszukuje się alternatywnych biopolimerów, które je zastąpią. Ponadto nanoceramiczne wypełniacze nieorganiczne powszechnie stosowane w celu nadania polimerom określonych właściwości cechują się niską stabilnością podczas obróbki i eksploatacji. W ramach finansowanego ze środków UE projektu "Novel nano-stabilisation for green bioplastic nanocomposites" (NANOSTAB-GB) stworzono rozwiązanie dla obu tych problemów. Naukowcy opracowali nowe kompozyty o zwiększonej stabilności termicznej i trwałości, oparte na biopolimerach oraz naturalnie występujących funkcjonalizowanych wypełniaczach nanoglinkowych. Inteligentne strategie stabilizacji umożliwiające modyfikowanie nanoglinki przy pomocy przeciwutleniaczy powodują wzmocnienie sieci biopolimerowo-nanoglinkowej. Badacze z projektu NANOSTAB-GB opracowali nowe organiczne modyfikatory glinki, zawierające przeciwutleniacz lub stabilizator światła, hamujący fotooksydację polimeru. Zmodyfikowane glinki dodano do poliamidu (PA11) i polikwasu mlekowego (PLA), uzyskując nowe nanokompozyty biopolimerowo-glinkowe. Nowe kompozyty były bardziej stabilne podczas obróbki termicznej i przyspieszonego starzenia przy pomocy promieniowania ultrafioletowego niż te same polimery zawierające dostępne na rynku organiczne modyfikatory. Naukowcy wykorzystali też stosunkowo nową klasę cząsteczek, podwójne warstwy wodorotlenków (LDH). Dodatnio naładowane warstwy są oddzielone warstwą pośrednią słabo związanych anionów, które mogą być zastępowane różnymi ujemnie naładowanymi cząsteczkami. Uczeni dokonali syntezy nowych nanocząsteczek LDH zawierających przeciwutleniacz lub stabilizator światła. Dodano je do PA11 i PLA. Nowe biopolimerowe nanokompozyty LDH nie były tak stabilne w wysokich temperaturach jak kompozyty z niezmodyfikowanym LDH, ale cechowały się lepszą stabilnością fotooksydacyjną w testach przyspieszonego zużycia. W projekcie NANOSTAB-GB powstały stabilne biopolimerowe, funkcjonalizowane glinkami nanokompozyty, wykorzystujące precyzyjnie regulowany mechanizm stabilizacji. Nanokompozyty są stabilizowane przez innowacyjne, funkcjonalizowane nanowypełniacze glinkowe. Dzięki dostępności w miejscach utleniania (na połączeniu osnowy polimerowej i wypełniacza), zapewniają one maksymalne działanie hamujące, które zwiększa długoterminową stabilność. W ramach projektu opracowano ważną metodę stabilizacji polimerów, czy to biologicznych, czy tradycyjnych, przy pomocy nanowypełniaczy glinkowych. Nowe funkcjonalizowane nanowypełniacze pozwolą zwiększyć trwałość wielu produktów. Prace te wnoszą istotny wkład w rozwój zrównoważonej gospodarki opartej na wiedzy w Europie.
Słowa kluczowe
Biopolimery, nanostabilizacja, bioplastik, nanokompozyty, nanoglinka
