Post on 11-Jan-2017
Załącznik 1
Autoreferat w j. polskim
2
I. Imię i nazwisko: Stanisław Andrzej Zajchowski
II. Posiadane dyplomy, stopnie naukowe/artystyczne – z podaniem nazwy, miejsca i
roku ich uzyskania oraz tytułu rozprawy doktorskiej
Stopnie naukowe
1. Słuchacz dziennych studiów magisterskich (5 lat) na Wydziale Matematyki, Fizyki i
Chemii Uniwersytetu M. Kopernika w Toruniu.
Temat pracy dyplomowej magisterskiej: „Wpływ obróbki termicznej na zmiany
morfologiczne Pentonu”, promotor: doc. dr hab. Jan Skraga, recenzent: prof. dr hab.
Antoni Basiński, obrona: 21.06.1969 r.
Ocena pracy dyplomowej: bardzo dobry, ocena egzaminu dyplomowego: bardzo
dobry, nr dyplomu 1860, data wydania: 20.04.1970 r.
2. Praca doktorska: „Wpływ charakteru ziaren poli(chlorku winylu) na właściwości
reologiczne i strukturę morfologiczną plastyfikatów”, obrona w dniu 10.05.1978,
nadanie stopnia naukowego doktora nauk chemicznych na posiedzeniu Rady
Wydziału Matematyki, Fizyki i Chemii Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu.
Promotor: doc. dr hab. Jan Skraga, recenzent: prof. dr hab. Antoni Basiński (UMK
Toruń) i doc. dr hab. inż. Włodzimierz Dahlig (Politechnika Warszawska), nr dyplomu
962.
III. Informacje o dotychczasowym zatrudnieniu w jednostkach
naukowych/artystycznych
Bezpośrednio po ukończeniu studiów w roku 1969 podjąłem pracę w Zakładzie
Technologii Polimerów, na Wydziale Technologii i Inżynierii Chemicznej Wyższej Szkoły
Inżynierskiej im. J.J. Śniadeckich w Bydgoszczy, przekształconej w Akademię Techniczno-
Rolniczą, a następnie w Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im. J. i J. Śniadeckich,
gdzie nieprzerwanie pracuję do chwili obecnej:
- 1.10.1969 – 31.08.1971 asystent
- 1.09.1971 – 30.09.1977 starszy asystent
3
- 1.10.1977 – 30.09.2009 adiunkt
- 1.10.2009 – 30.09.2012 docent
- 1.10.2012 – do chwili obecnej starszy wykładowca.
IV. Wykaz osiągnięć naukowych
IVA. Osiągnięcie naukowe do postępowania habilitacyjnego stanowi cykl 21 prac oraz 5
zgłoszeń patentowych dotyczących tematu:
Materiałowo-technologiczne aspekty wytwarzania i oceny
kompozytów polimerowo-drzewnych
IVB. Spis monotematycznych publikacji stanowiących osiągnięcie naukowe zgłoszone jako
podstawa do przewodu habilitacyjnego
H6. Zajchowski S. (50%), Ryszkowska J.: Kompozyty polimerowo-drzewne – charakterystyka ogólna oraz ich otrzymywanie z materiałów odpadowych. Polimery 2009, 54, 754-762. Brałem udział w opracowaniu koncepcji badań, wykonałem część prób metodą wtryskiwania, przeanalizowałem wyniki i współredagowałem tekst. H27. Zajchowski S. (100%): Kompozyty polimerowo-drzewne. Chemik 2004, 1, 15-18. Opracowałem metodykę badań, przeprowadziłem badania reologiczne, sformułowałem wyniki i odpowiadałem na recenzje. H162. Zajchowski S. (100%): Kompozyty polimerowo – drzewne przetwórstwo, struktura, właściwości. X Jubileuszowe Profesorskie Warsztaty Naukowe „Przetwórstwo Tworzyw Polimerowych”, Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Lubelskiej, Lublin 2005, 89-90. Opracowałem tekst referatu, w którym przedstawiłem koncepcję badań oraz uzyskane wyniki dotyczące kompozytów polimerowo-drzewnych w ramach projektu badawczego KBN. Wygłosiłem referat. H76. Tomaszewska J., Zajchowski S. (50%): Poli(chlorek winylu). Rozdział w książce (red.): Kuciel S., Kompozyty polimerowe na osnowie recyklatów z włóknami naturalnymi. Wydawnictwo Politechnika Krakowska, Kraków 2010, 85-103. Uczestniczyłem w opracowaniu koncepcji i przygotowaniu konspektu rozdziału, doborze materiałów źródłowych szczególnie w zakresie przetwórstwa, recyklingu i zastosowań PVC oraz właściwości WPC na osnowie PVC, współredagowałem tekst.
4
H2. Zajchowski S. (34%), Piszczek K., Tomaszewska J.: Żelowanie nieplastyfikowanego poli(chlorku winylu) w procesie przetwórstwa. Polimery 2001, 46, 232-243. Opracowałem koncepcję badań, przeprowadziłem część badań żelowania i współredagowałem tekst. H3. Zajchowski S. (100%): Mechanical properties of poly(vinyl chloride) of defined gelation degree, Polimery 2005, 50, 890-893. Opracowałem plan pracy, wykonałem badania i opisałem ich wyniki. H8. Gozdecki C., Zajchowski S. (15%), Kociszewski M., Wilczyński A., Mirowski J.: Effect of wood particle size on mechanical properties of industrial wood particle-polyethylene composites. Polimery 2011, 56, 375-380. Przygotowałem próbki do badań metodą wtryskiwania i opracowałem część wyników. H10. Kociszewski M., Gozdecki C., Wilczyński A., Zajchowski S. (10%), Mirowski J.: Effect of industrial wood particle size on mechanical properties of wood-polyvinyl chloride composites. European Journal of Wood and Wood Products 2012, 70, 113-118. Przygotowałem próbki do badań metodą wtryskiwania i opracowałem część wyników. H11. Gozdecki C., Wilczyński A., Kociszewski M., Tomaszewska J., Zajchowski S. (15%): Mechanical properties of wood-polypropylene composites with industrial wood particles of different sizes. Wood and Fiber Science, 44, 1, 2012, 14-21. Przygotowałem próbki do badań metodą wtryskiwania i opracowałem część wyników. H161. Zajchowski S. (100%): Laboratoryjny granulator do tworzyw. III Środkowo – Europejska Konferencja „Recykling Materiałów Polimerowych Nauka - Przemysł”, Krynica 2004, 133-134. Opracowałem konstrukcję granulatora, na podstawie której zostały wykonane dwa urządzenia. W referacie przedstawiłem ideę jego działania oraz wielorakie możliwości zastosowań. H30. Zajchowski S. (35%), Gozdecki C., Kociszewski M.: Badania właściwości fizycznych i mechanicznych kompozytów polimerowo – drzewnych (WPC). Kompozyty (Composites) 2005, 5, 3, 45-50. Współopracowałem koncepcję badań, wykonałem mieszaniny kompozytów polimerowo-drzewnych oraz wykonałem wypraski wiosełkowe o dwóch różnych przekrojach. Oznaczyłem część właściwości mechanicznych i współredagowałem tekst. H104. Zajchowski S. (35%), Sterzyński T., Tomaszewska J.: Thermal diffusivity of wood – filled polymer composites (WPC). 3rd International Conference MoDeSt, Lyon 2004. Opracowałem metodykę badań, przygotowałem próbki do badań i uczestniczyłem w analizie wyników. H74. Kuciel S., Liber-Kneć A., Zajchowski S. (30%): Kompatybilizacja mieszanin poliolefin z włóknami naturalnymi. Rozdział w książce (red.): Kuciel S., Kompozyty polimerowe na osnowie recyklatów z włóknami naturalnymi. Politechnika Krakowska, Kraków 2010, 52-62. Brałem udział w opracowaniu i redagowaniu fragmentu tekstu.
5
H75. Kuciel S., Liber-Kneć A., Zajchowski S. (30%): Kompozyty recyklatów PP z włóknami naturalnymi. Rozdział w książce (red.): Kuciel S., Kompozyty polimerowe na osnowie recyklatów z włóknami naturalnymi. Politechnika Krakowska, Kraków 2010, 63-68. Brałem udział w opracowaniu i redagowaniu tekstu. H82. Zajchowski S. (40%), Tomaszewska J., Lewandowski K.: Właściwości mieszanin polimerowych z mączką drzewną. Rozdział w książce (red.): Kuciel S., Rydarowski H., Biokompozyty z surowców odnawialnych, Wydawnictwo Politechnika Krakowska, Kraków 2012, 134-163. Uczestniczyłem w opracowaniu koncepcji i przygotowaniu konspektu rozdziału oraz doborze materiałów źródłowych szczególnie pod kątem metod wytwarzania WPC na osnowie PVC, współredagowałem tekst pod względem merytorycznym i stylistycznym. H79. Ryszkowska J., Tomaszewska J., Zajchowski S. (30%): Kompozyty poli(chlorku winylu). Rozdział w książce (red.): Kijeński J., Błędzki A.K., Jeziórska R., Odzysk i recykling materiałów polimerowych, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2011, 277-288. Uczestniczyłem w doborze materiałów źródłowych i wyników badań własnych w aspekcie wykorzystania odpadów PVC różnego pochodzenia do wytwarzania kompozytów drzewnych i określenia ich właściwości przetwórczych i mechanicznych oraz metod wytwarzania kompozytów, współredagowałem tekst pod względem merytorycznym i stylistycznym. H80. Kuciel S., Liber-Kneć A., Zajchowski S. (30%): Kompozyty na osnowie poliolefin. Rozdział w książce (red.): Kijeński J., Błędzki A.K., Jeziórska R., Odzysk i recykling materiałów polimerowych, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2011, 267-277. Weryfikowałem materiały źródłowe i współredagowałem tekst. H4. Rudawska A., Zajchowski S. (30%): Swobodna energia powierzchniowa kompozytów polimerowo-drzewnych. Polimery 2007, 52, 453-455. Brałem udział w opracowaniu koncepcji badań, wykonałem próbki kompozytów w postaci wiosełek. H12. Tomaszewska J., Zajchowski S. (40%): Właściwości mechaniczne i struktura mieszanin recyklatów polietylenu i poli(chlorku winylu) napełnionych mączką drzewną. Polimery 2013, 58, 106-113. Realizowałem badania mikroskopowe wraz z ich analizą, brałem udział w dyskusji wyników badań przetwórczych i mechanicznych oraz opracowaniu wniosków, uczestniczyłem w korekcie tekstu po recenzji. H9. Tomaszewska J., Sterzyński T., Zajchowski S. (40%): Thermal and structural effects of poly(vinyl chloride)/wood flour compound gelation in the Brabender mixer. Journal of Vinyl and Additive Technology 2011, 17, 239-244. Uczestniczyłem w opracowaniu koncepcji i metodyki badań plastografometrycznych oraz w dyskusji nad interpretacją wyników i obserwacji mikroskopowych. H21. Parey J., Zajchowski S. (50%): Charakterisierung von PVC-Extrudaten mittels modifizierter MFI-Messung. Plastverarbeiter 1981, 32, 724-726. Opracowałem metodę oznaczania stopnia zżelowania za pomocą plastometru kapilarnego (MFR), przeprowadziłem pomiary, współredagowałem tekst i wygłosiłem referat.
6
H180. P.397280 Kruszelnicka I., Ginter-Kramarczyk D., Michałkiewicz M., Kloziński A., Zajchowski S. (20%), Tomaszewska J.: ”Ruchome złoże biologiczne”. H.181. W.120708 Tomaszewska J., Zajchowski S. (40%), Lewandowski K., Mirowski J. „Narzędzie przetwórcze do wyznaczania charakterystyki reologicznej tworzyw polimerowych”. H182. P.399747 Zajchowski S. (40%), Sterzyński T., Tomaszewska J.: „Sposób i głowica do wytwarzania wytłoczyn tworzyw termoplastycznych”. H183. P.399746 Zajchowski S. (40%), Tomaszewska J., Sterzyński T.: „Sposób wytwarzania kompozytów polimerowo-drzewnych”. H184. P.399022 Jeziórska R., Zielecka M., Zajchowski S. (20%), Tomaszewska J., Żakowska M., Piotrowska M., Gutarowska B.: „Kompozyty poli(chlorku winylu) odporne na działanie mikroorganizmów i sposób ich wytwarzania”.
7
IVC. Omówienie celu naukowego i osiągniętych wyników prac
1. Wprowadzenie
Kompozyty z napełniaczem naturalnym szczególnie w postaci włókien (natural fiber
composites – NFC) to materiały na osnowie termoplastów polimerowych (1-12). Do grupy tej
należą również kompozyty polimerowo – drzewne (wood plastic composites –WPC) – będące
termoplastycznymi materiałami dającymi się kształtować w stanie plastycznym metodami
wytłaczania, wtryskiwania i prasowania. Definicja ta po raz pierwszy została sformułowana w
2006 r. w opracowaniu nova – Institut GmbH. W zależności od zawartości napełniacza,
wyróżnia się: niskonapełnione kompozyty o stosunkowo niewielkim udziale cząstek drewna
10—40% mas, „wysokonapełnione kompozyty” zawierające 40—80% mas. cząstek drewna,
oraz tzw. „upłynnione drewno”, gdzie udział cząstek drewna sięga aż 90% mas. (13). Z grupy
WPC wyłączono różnorodne tworzywa drzewne, tj. płyty pilśniowe MDF i płyty wiórowe,
sklejkę, itp. Duroplasty zawierające mączkę drzewną można według powyższej definicji
nazywać WPC tylko wówczas, gdy przynajmniej jeden raz zostały przetworzone „tak jak
termoplasty”.
Właściwości WPC zależą od właściwości osnowy polimerowej, rodzaju, stopnia
rozdrobnienia i zawartości napełniacza w kompozycie oraz od warunków przetwórstwa (14).
Do wytwarzania kompozytów polimerowo-drzewnych, ze względu na właściwości
napełniaczy, mogą być stosowane tylko tworzywa polimerowe przetwarzane w
temperaturze poniżej 200oC. Powyżej tej temperatury istnieje bowiem niebezpieczeństwo
degradacji składników napełniaczy (ligniny, hemicelulozy). Do polimerów, które mogą
stanowić osnowę WPC zaliczamy zatem polietylen (PE), polipropylen (PP), poli(chlorek
winylu) (PVC), głównie nieplastyfikowany i polilaktyd (PLA). Polimery te, poza PLA, należą do
grupy tanich tworzyw masowych (15-17).
Główne zalety WPC to zwiększona sztywność w porównaniu do polimerowej osnowy,
niewielka gęstość, mała chłonność wody w porównaniu do tworzyw drzewnych, a także brak
naturalnych defektów występujących w drewnie (brak sęków, zadr, paczenia i in.) oraz brak
anizotropii właściwości. Materiał kompozytowy jest łatwy w obróbce metodami
stosowanymi do drewna, a wyroby mogą być użytkowane zarówno wewnątrz, jak i na
zewnątrz pomieszczeń bez potrzeby konserwacji. Nie bez znaczenia jest też możliwość
8
recyklingu materiałowego tych kompozytów, a w ostateczności ich spalanie z odzyskiem
energii [H6].
Zalety te sprawiły, że odnotowuje się coraz większe zainteresowanie kompozytami
polimerowo-drzewnymi, o czym świadczy m.in. lawinowo rosnąca ilość publikacji, liczba
producentów granulatów i wyrobów końcowych z WPC (13, 18, 19). W 2010 roku w Europie
wyprodukowano ok. 220 000 t WPC, z czego większość w Niemczech (ok. 100 000 t). Bogata
literatura z tego zakresu oraz szereg konferencji poświęconych powyższej problematyce
odbywających się cyklicznie (Kassel, ostatnio Stuttgart, Wiedeń, Wisconsin, Madison,
Szczecin, San Francisco) wskazują na wzrost zainteresowania poszukiwaniem nowych
materiałów złożonych z tworzyw polimerowych i napełniaczy naturalnych. Rynek WPC w
Polsce na razie jest niewielki, dotyczy głównie ekranów akustycznych, profili budowlanych,
elementów ogrodzenia.
Początkowo z WPC wytwarzano w większości płyty podłogowe. Obecnie, z
kompozytów tych produkuje się drzwi, balustrady, okna, ogrodzenia, gonty, dachówki itp.
(13). Niestety, pomimo wymienionych zalet rynek WPC w Polsce rozwija się powoli (20).
Składa się na to wiele przyczyn, do których należy zaliczyć przede wszystkim brak
kompleksowych badań dotyczących zastosowania rodzimych napełniaczy oraz informacji na
temat zależności pomiędzy właściwościami przetwórczymi i użytkowymi kompozytów, a ich
składem. Trudne jest również przełamanie pewnych barier nieufności rodzimego przemysłu
do nowego materiału oraz brak pewności dotyczącej możliwości jego przetwórstwa za
pomocą istniejącego w kraju parku maszynowego. Istotnym czynnikiem ograniczającym
zastosowania WPC w Polsce są też wysokie ceny surowców.
Cel naukowy
Celem naukowym monotematycznego zbioru prac było opracowanie materiałów
kompozytowych z termoplastycznych polimerów i drewna o zadanych właściwościach,
przeznaczonych do różnych zastosowań oraz zbadanie wpływu osnowy polimerowej, rodzaju
i stopnia rozdrobnienia napełniacza drzewnego, a także warunków przetwórstwa (m.in.
temperatury, czasu przebywania w układzie uplastyczniającym, szybkości ścinania) na
strukturę i właściwości otrzymanych kompozytów.
Realizacja tego przedsięwzięcia, uwzględniająca wieloparametrową analizę zjawisk
występujących podczas przetwórstwa i eksploatacji WPC obejmowała następujące działania:
9
wykonanie badań wstępnych, wytypowanie tworzywa stanowiącego osnowę, ustalenie
kryteriów oceny osnowy polimerowej, określenie wymagań dotyczących jakości napełniacza,
parametrów procesu przetwórstwa oraz opracowanie składu kompozycji do wytwarzania
WPC. Istotne było opracowanie metodyki badań wybranych właściwości kompozytów
polimerowo-drzewnych, ze szczególnym uwzględnieniem właściwości reologicznych
wyznaczonych różnymi metodami (z wykorzystaniem: plastometru kapilarnego, reometru
kapilarnego, głowic reologicznych wytłaczarskich i plastografometru Brabendera). Konieczna
była również ocena właściwości fizykochemicznych z wykorzystaniem metod: analizy
instrumentalnej, skaningowej kalorymetrii różnicowej (DSC), skaningowej mikroskopii
elektronowej (SEM) oraz dynamiczno-mechanicznej analizy termicznej (DMTA).
Szczególnie ważne było przystosowanie dostępnych w uczelni maszyn i urządzeń
przetwórczych na potrzeby procesu wytwarzania WPC. Konieczne było w tym celu
zaprojektowanie konstrukcji i wykonanie wielu nowych urządzeń przetwórczych i
badawczych, niezbędnych do prowadzenia badań. Mój wkład w tym zakresie
wyszczególniłem w Załączniku 3. Opis tych urządzeń i dokumentacji wykonawczych znajduje
się w Zakładzie Technologii Polimerów WTiICh UTP. Należy nadmienić, że do chwili obecnej
nie ma w Polsce norm dotyczących badań WPC. W kilku krajach zostały one już częściowo
opisane lub występują w formie wytycznych. Z moich informacji uzyskanych w Polskim
Komitecie Normalizacyjnym wynika, że w miarę potrzeby istnieje możliwość opracowania
tego typu norm. Wyniki moich prac mogą zostać w tym celu wykorzystane, zwłaszcza w
zestawieniu z istniejącymi normami dotyczącymi tworzyw polimerowych nienapełnionych
oraz drewna i tworzyw drzewnych, na które często z konieczności powołujemy się w
dotychczasowych pracach nad WPC.
Prace obejmowały też zbadanie możliwości wykorzystania do wytwarzania WPC
odpadów drewna i tworzyw drzewnych, a także możliwości aplikacyjnych tych kompozytów.
Dodatkowym celem utylitarnym pracy było określenie możliwości przetwarzania różnych
grup kompozytów WPC z zastosowaniem wytypowanych maszyn i narzędzi przetwórczych w
warunkach produkcyjnych.
Opracowanie składu i badania właściwości kompozytów polimerowo-drzewnych
Prace dotyczące tematyki kompozytów polimerowo-drzewnych rozpocząłem w 2000 r.
10
Dostępne dane literaturowe oraz wyniki moich wstępnych badań właściwości przetwórczych,
reologicznych, fizycznych i mechanicznych pozwoliły mi określić problemy jakie należy
rozwiązać, aby otrzymać WPC o zadanych parametrach, interesujących przetwórców oraz
użytkowników wyrobów z tych materiałów (21-23). W badaniach dotyczących opracowania
składu WPC wykorzystywałem metodę planowania eksperymentu. Stosowałem ją zwłaszcza
wówczas, gdy o właściwościach kompozytów decydowały jednoczesne trzy lub więcej
składniki. Program badawczy oparty na analizie regresyjnej pozwalał na wielokrotnie
mniejszą liczbę eksperymentów, przy zachowaniu wiarygodnych wyników. Szybka
optymalizacja składu kompozytów z mączką drzewną nie byłaby możliwa bez zastosowania
tej metody.
Wykorzystując moje duże doświadczenie w pracy z poli(chlorkiem winylu), badania nad
kompozytami polimerowo-drzewnymi rozpocząłem od potwierdzenia przydatności tego
polimeru jako osnowy WPC. Kolejne badania dotyczyły zastosowania jako osnowy różnych
poliolefin, w tym polietylenu (PE) i polipropylenu (PP) [H27, H162].
Prace nad doborem podstawowych surowców, opracowaniem składu, a następnie
badania właściwości WPC prowadziłem w ramach projektu badawczego KBN 4T08E04822
„Polimery termoplastyczne modyfikowane napełniaczem drewnopochodnym; preparatyka,
przetwórstwo i właściwości”, którego byłem kierownikiem. Kontynuowałem je w ramach
kolejnego Projektu Badawczego Zamawianego PBZ–MNiSW–5/3/2006 „Kompozyty
polimerowe na osnowie recyklatów włókien naturalnych” oraz projektu UDA-POIG.01.03.01-
00-092/08-00 „Nowe przyjazne dla środowiska kompozyty polimerowe z wykorzystaniem
surowców odnawialnych” (w obydwu projektach jako główny wykonawca).
Badania w ramach pierwszego z tych projektów obejmowały opracowanie receptury
mieszanek PVC, przy założeniu możliwie niewielkiego średniego ciężaru cząsteczkowego
polimeru (mała liczba Fikentschera zwana liczbą K, w zakresie 56--63), oraz opracowanie
odpowiedniego układu i ilości stabilizatorów z uwzględnieniem ich synergizmu. Kolejnym
zadaniem był dobór rodzaju i ilości smarów, zarówno o działaniu wewnętrznym, jak i
zewnętrznym. Wyniki wszystkich badań z powyższego projektu zostały zawarte w
sprawozdaniu m. in. w postaci 26 publikacji.
PVC jest tworzywem, które można modyfikować na wiele różnych sposobów i
właściwie praktycznie jest to zawsze konieczne (24). Dotyczy to nie tylko składu mieszanki,
ale również parametrów przetwórstwa (25-28). W części VA i VB niniejszego wniosku
11
przedstawiłem wybrane problemy związane ze strukturą, przetwórstwem i właściwościami
PVC, które były przedmiotem moich wcześniejszych badań i które wykorzystałem w pracy z
WPC na osnowie PVC.
Konieczność modyfikacji PVC jest prawdopodobnie jednym z powodów, dla których
jest on rzadziej stosowany jako osnowa kompozytów polimerowo-drzewnych. Wśród
szesnastu wiodących przetwórców WPC w Europie, jedynie pięć firm przetwarza PVC
(zdecydowana większość stosuje PP). W USA osnowę kompozytów polimerowo-drzewnych
produkowanych w dużej skali stanowi głównie PE (13). Kontynuowałem badania nad PVC w
aspekcie jego zastosowania jako osnowy do kompozytów polimerowo-drzewnych ze względu
na szereg znaczących zalet tych kompozytów, takich jak, m.in.: dobra odporność na UV oraz
duża odporność na działanie ognia. W monografii przedstawiającej wyniki badań uzyskanych
w ramach PBZ-MNiSW-5/3/2006 w jednym z rozdziałów opisaliśmy morfologię ziaren PVC,
jego właściwości w materiałach plastyfikowanych i nieplastyfikowanych oraz zagadnienia
związane z metodami przetwórstwa [H76]. Stwierdziłem m.in., że w zależności od składu
mieszaniny, cech konstrukcyjnych stosowanego urządzenia i zmiennych parametrów
przetwórstwa otrzymuje się tworzywo o zróżnicowanych właściwościach. Wyniki takich
badań w odniesieniu do PVC jako osnowy kompozytów nie były wcześniej publikowane.
Stosując opracowane w tym projekcie mieszanki do wytwarzania WPC wykazaliśmy, że
w celu uzyskania korzystnych, powtarzalnych właściwości użytkowych wyrobów na osnowie
PVC konieczne jest monitorowanie przebiegu procesu przetwórstwa, poczynając od
pierwszego etapu związanego z otrzymywaniem „suchych mieszanek” (dry blends), po
charakterystykę finalnego wyrobu. Wyniki tych analiz pozwolą na zwiększenie produkcji WPC,
z pewnością ułatwią przełamywanie barier co do jego stosowania z osnową PVC. Takie wyniki
analiz nie były wcześniej publikowane, zostały wykorzystane przy uruchamianiu produkcji
WPC w firmie WINDOOR i Majumi sp. z o.o.
Na właściwości kompozytów na osnowie PVC z mączką drzewną istotnie wpływają
środki pomocnicze (stabilizatory, smary zewnętrzne i wewnętrzne). We wszystkich
przypadkach otrzymanie pożądanych właściwości było związane z koniecznością uzyskania
odpowiedniego stopnia zżelowania PVC [H2, H3].
Równolegle z pracami nad PVC podjąłem badania dotyczące zastosowania poliolefin
jako osnowy WPC. Na osnowy te wytypowałem początkowo polietylen (PE-HD) i
polipropylen o dużym masowym wskaźniku szybkości płynięcia (MFR).
12
Stwierdziłem, że wbrew niektórym danym literaturowym, do wytwarzania WPC nie są
wymagane poliolefiny o bardzo dużym MFR, powyżej 70 g/10 min (2,16 kg, 230oC). Wartości
MFR polipropylenu wynosiły odpowiednio: 30 g/10 min i 70 g/10 min.
W zakres prowadzonych przeze mnie badań wchodziły też problemy związane z
napełniaczem drzewnym. Badałem m.in. wpływ rodzaju drewna oraz wielkości jego cząstek
na właściwości kompozytów polimerowo-drzewnych, a także zajmowałem się problemami
związanymi z ich przetwórstwem oraz metodyką oznaczania ich właściwości.
W pracach prowadzonych wspólnie ze specjalistami od drewna i tworzyw drzewnych –
pracownikami Uniwersytetu Kazimierza Wielkiego w Bydgoszczy, badałem napełniacze z
różnych rodzajów drzew najbardziej popularnych w naszej strefie klimatycznej, zarówno
iglastych jak i liściastych, m.in.: sosny, świerku, buku i topoli. Opracowaliśmy sposoby
pozyskiwania drewna, metody jego rozdrabniania i suszenia, a także wykorzystania do
otrzymywania WPC odpadów tworzyw drzewnych, produkcyjnych i poużytkowych (płyt
wiórowych, MDF, OSB) [H8, H10, H11].
W trakcie realizacji ww. projektów zbadaliśmy kompozyty wytworzone z
zastosowaniem jako osnowy opracowanych przeze mnie mieszanek PVC oraz trzech
rodzajów polipropylenu, a jako napełniacza mączki drzewnej o zróżnicowanej granulacji,
zarówno z firmy Rettenmaier (Lignocel C120 i L9), jak i uzyskanej we własnym zakresie, za
pomocą zaprojektowanego przeze mnie urządzenia rozdrabniającego [H161]. Opracowałem
skład mieszanek mając na względzie właściwości reologiczne oraz mechaniczne i cieplne
otrzymanych z nich kompozytów [H30, H104]. Mieszaniny polimerów i mączki drzewnej o
zawartości do 75% mas. napełniacza poddawałem badaniom plastografometrycznym oraz
reologicznym za pomocą reometru kapilarnego, plastometru obciążnikowego, a także „in
line” za pomocą wytłaczarki z głowicą reologiczną [H27]. Opracowane mieszaniny były
następnie przetwarzane za pomocą wytłaczarki jednoślimakowej i wtryskarki.
Mając do dyspozycji narzędzia już istniejące oraz opracowane i wykonane w ramach
projektu, przeprowadziłem badania, w których zmieniałem osnowę i napełniacz (mączkę
drzewną) oraz jego zawartość w kompozycie. Następnie prowadziłem przetwórstwo za
pomocą wytłaczarki, walcarki i wtryskarki. Badania, oprócz typowych właściwości
mechanicznych, dotyczyły nasiąkliwości, wpływu zmiennych warunków użytkowania WPC, tj.
odporności na UV, zmienną temperaturę, wilgotność, itp. Jak wcześniej zaznaczyłem, w
obszarze moich zainteresowań były również właściwości reologiczne, plastometria,
13
reometria, a także geometria kanałów w formie wtryskowej i w klasycznej głowicy
wytłaczarskiej.
Do napełniania kompozytów na osnowie PP stosowałem również mączkę drzewną
Lignocel S150TR i P Super (produkcji firmy Rettenmaier), o rozmiarze cząstek drewna,
odpowiednio: 200-300 µm i 800-2100 µm. Zawartość drewna zmieniałem w zakresie od
0-70% mas. W wyniku badań plastografometrycznych tych kompozytów okazało się, że
końcowy moment obrotowy jest mały (zaledwie kilka Nm), co świadczy o możliwości
zastosowania do przetwarzania tego typu WPC klasycznych układów uplastyczniających. Takie
wyniki nie były wcześniej publikowane.
Na podstawie wykonanych badań stwierdziłem, że mieszaniny zarówno PP, jak i PVC z
mączką drzewną, o zawartości napełniacza do ok. 40-45% mas. można wytłaczać metodami
klasycznymi, stosowanymi do tworzyw nienapełnionych. Z reguły, w przypadku poliolefin bez
napełniacza, temperatura przetwórstwa może być nastawiana z tolerancją ±5⁰C. W
przypadku WPC różna zawartość mączki powoduje konieczność zmian nastawy temperatury
nawet o ±25⁰C.
Niezwykle istotne są wyniki analiz cech reologicznych przetwarzanych WPC, w
kontekście możliwości ich przetwarzania z zastosowaniem różnych narzędzi i maszyn
przetwórczych. Wyniki te stanowią ważny wkład w rozwój wiedzy o przetwórstwie WPC.
Przeprowadziłem badania właściwości mechanicznych kompozytów, wpływu osnowy
oraz typu, jakości, zawartości napełniacza i jego rodzaju/gatunku drewna, a także stopnia
jego rozdrobnienia, rozkładu granulometrycznego i gęstości nasypowej pozornej (dawniej
ciężarze nasypowym) oraz wzajemnych oddziaływań na granicy faz osnowa/napełniacz.
Zbadałem standardowe właściwości, poczynając od skurczu liniowego próbek i udarności, po
właściwości przy statycznym rozciąganiu. Stwierdziłem, że zwiększenie zawartości mączki
drzewnej zdecydowanie wpływa na zmniejszenie wydłużenia przy zerwaniu i udarności,
powoduje natomiast zwiększenie modułu sprężystości i naprężenia przy zerwaniu. W miarę
zwiększania zawartości mączki drzewnej w kompozycie wyraźnie zmniejsza się przy tym
skurcz liniowy wyprasek otrzymanych metodą wtryskiwania.
Ustalenie wzajemnych korelacji między rodzajem osnowy, ilością i rozmiarem
napełniacza, ilością i proporcjami poszczególnych środków pomocniczych stanowi ważny
wkład w rozwój nauki o kompozytowych materiałach polimerowych.
14
W literaturze dotyczącej WPC na osnowie poliolefin często zwraca się uwagę na
stosowanie polimerów o małym ciężarze cząsteczkowym, głównie ze względu na
zmniejszenie lepkości kompozytów, co ułatwia ich przetwarzanie (13, 21, 29). Dlatego też do
modyfikacji osnowy z PP (Moplenu HP 648P) zastosowałem Lifomod VP 131/05PR -- środek
zalecany w przetwórstwie PP, zwłaszcza do wytwarzania wyrobów cienkościennych,
otrzymywanych metodą wtryskiwania. Po serii badań ustaliłem, że już 1-proc. dodatek
Lifomodu aż 18-krotnie zwiększa wartość MFR w stosunku do niemodyfikowanego PP.
Zmodyfikowany w powyższy sposób PP użyłem jako osnowę kompozytów zawierających 50%
mączki drzewnej. Zauważyłem korzystną zmianę nasiąkliwości WPC wykonanego z
zastosowaniem Lifomodu. Po 56 dniach przebywania próbek w wodzie w przypadku
kompozytu bez Lifomodu wyniosła ona 7,4%, a w przypadku kompozytu zawierającego ten
dodatek 5,4%. Właściwości mechaniczne obu kompozytów były zbliżone. Dotychczas nie
przedstawiono w literaturze danych na temat zastosowania PP z Lifomodem jako osnowy
WPC.
O właściwościach mechanicznych wyrobów z WPC decyduje m.in. wzajemne
oddziaływanie napełniacza i polimeru. Problem ten jest istotny zwłaszcza wówczas, gdy
jeden ze składników ma charakter hydrofilowy, a drugi hydrofobowy. Ma to miejsce w
przypadku kompozytów polimerowo-drzewnych, których osnowę stanowią poliolefiny.
Skuteczna bywa wówczas modyfikacja chemiczna włókien, np. metodą acetylowania,
estryfikacji, alkalizacji i wyładowań koronowych. Niestety metody te są dotychczas
nieopłacalne i często nieodpowiednie ze względów ekologicznych (30-38).
W przypadku stosowania poliolefin jako osnowy kompozytów nie jest wymagane
stosowanie specjalnych środków pomocniczych (wyjątek stanowią kompatybilizatory), a
modyfikacja, wynikająca z natury tych polimerów jest ograniczona.
W literaturze znane są liczne prace opisujące korzystny wpływ na właściwości
kompozytów tzw. promotorów adhezji lub kompatybilizatorów (39). Wydaje się, że obecnie
najlepszymi kompatybilizatorami są polietylen lub polipropylen, modyfikowane głównie
przez ich szczepienie bezwodnikiem kwasu maleinowego (MAH-PE, MAH-PP) (40). Pozwalają
one również na otrzymanie jednorodnych kompozycji niekompatybilnych tworzyw
polimerowych z materiałami pochodzenia naturalnego (np. PA/PE, PP, PE/EVOH, włókna,
naturalne, mączka drzewna, PVC/PE). W handlu występuje pewna liczba powyższych
modyfikatorów o różnych nazwach, czasami nie różniących się składem chemicznym.
15
Występujące różnice dotyczą przeważnie ilości bezwodnika maleinowego w stosunku do
polimeru. Opisane w literaturze środki pomocnicze do WPC stosuje się głównie w celu
poprawy oddziaływania osnowy z powierzchnią napełniacza. Dla potwierdzenia danych
literaturowych przeprowadziliśmy szereg badań stosując jako zmienne zarówno rodzaj
mączki drzewnej jak i poliolefinową osnowę, ale przede wszystkim różne rodzaje
kompatybilizatorów [H74, H75]. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdziliśmy, że
dodatek kompatybilizatora MAH-PP w kompozycie PP-mączka drzewna wyraźnie zwiększa
jego wytrzymałość na rozciąganie i udarność. Wartości obu tych właściwości, istotnych z
punktu widzenia użytkownika wyrobów z WPC, zwiększają się nawet nieznacznie, po
dwukrotnym przetwórstwie. Jest to ważna uwaga w aspekcie ich późniejszego recyklingu
materiałowego. Takie informacje dotyczące przetwarzania WPC nie były dotąd publikowane.
Razem z Politechniką Krakowską w ramach wspólnie realizowanego projektu PBZ-
MNiSW-5/3/2006 przeprowadziliśmy badania dotyczące możliwości stosowania
kompatybilizatorów PP-g-MAH w badanych kompozytach. Dodatek tych substancji
pomocniczych, w ilości do 5% powodował zmniejszenie chłonności wody nawet o 50% oraz
zwiększenie wytrzymałości na rozciąganie (od kilku do 25%). Niektóre wartości właściwości
mechanicznych zwiększyły się dwu, a nawet trzykrotnie, jak miało to miejsce w przypadku
modułu sprężystości [H80, H82].
Korzystny wpływ kompatybilizatorów w kompozytach, których osnowę stanowiły
recyklaty tworzyw polimerowych, a nawet ich niekompatybilne mieszaniny omówiłem razem
ze współautorami w dwóch rozdziałach monografii „Odzysk i recykling materiałów
polimerowych” pod redakcją J. Kijeńskiego, A. K. Błędzkiego i R. Jeziórskiej [H79, H80]
opracowanej w wyniku realizacji Projektu Badawczego Zamawianego PBZ–MNiSW–
5/3/2006. „Gospodarka i rozwój technicznego wykorzystania odpadów z tworzyw
polimerowych w Polsce”, w którym byłem jednym z wykonawców. W ramach ww. projektu
określiliśmy również kwestię powtarzalności właściwości w kontekście materiałów
pomocniczych zastosowanych w celu kompatybilizacji, stabilizacji i modyfikacji.
Wyniki dotyczące wpływu środków pomocniczych oraz powtarzalności właściwości
różnych typów kompozytów WPC nie były wcześniej publikowane i stanowią istotny wkład w
rozszerzenie stanu wiedzy o tej grupie materiałów polimerowych.
W trakcie realizacji projektów UDA-POIG.01.03.01-00-092/08-00 i PBZ-MNiSW 508 011
32/0844 przeprowadziłem wraz z zespołem badania WPC przy statycznym rozciąganiu
16
(moduł sprężystości podczas rozciągania, wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie), a także
oznaczyłem moduł sprężystości przy zginaniu oraz udarność kompozytów wykonanych z
zastosowaniem drewna różnego gatunku. W trakcie tych badań przeanalizowałem także
zależność pomiędzy właściwościami mechanicznymi, a wielkością używanych próbek. Dla
poznania tych zależności przeprowadziłem dwuczynnikową analizę wariancji (ANOVA)
wpływu gatunku drewna i wielkości próbki na właściwości mechaniczne kompozytów. Do
jednej grupy włączyliśmy między innymi próbki wiosełkowe różnej wielkości, lecz
zawierające cząstki drzewne tego samego gatunku. W celu określenia istotności różnic
pomiędzy otrzymanymi średnimi właściwościami mechanicznymi WPC wykonałem test
Tukeya. Całość obszernych wyników załączyłem w sprawozdaniu z realizacji projektu, a ich
zwarta forma wraz z analizą i wnioskami znajduje się w pracy zbiorowej [H82]. Na ich
podstawie stwierdziłem, że w przypadku badań właściwości kompozytów polimerowo-
drzewnych niezwykle istotny jest rozmiar używanych próbek. W literaturze nie
przedstawiano dotąd tego aspektu badań WPC. Wyniki te są niezwykle istotne przy
opracowywaniu norm dotyczących oceny właściwości mechanicznych WPC.
Podczas realizacji ww. projektu stwierdziłem także, że przy oznaczaniu twardości tej
nowej grupy materiałów istotny jest właściwy dobór metody badań. Typowe średnice
wgłębnika, zarówno w metodzie Brinella, Rockwella i Shore’a, stosowane do oceny tworzyw
polimerowych i opisane w literaturze, nie są odpowiednie dla WPC. W ramach
prowadzonych prac zweryfikowałem zatem przydatność metody Janki (HJ), stosowanej do
badań twardości materiałów drzewnych, jako metody oznaczania twardości kompozytów.
W tym miejscu chciałbym zwrócić uwagę na bardzo istotną cechę kompozytów z
osnową PVC. Chodzi o wartość temperatury mięknienia według Vicata, która prawie liniowo
wzrasta wraz ze stężeniem mączki. Dla nieplastyfikowanego PVC bez napełniacza wynosi ona
ok. 90°C. Podwyższenie jej o każdy dodatkowy stopień jest sporym sukcesem. Temperatura
według Vicata decyduje o zastosowaniu lub nie, wielu wyrobów z tzw. twardego PVC. Przez
wprowadzenie mączki drzewnej można ją podwyższyć nawet do 130-140°C. Jest to bardzo
ważne spostrzeżenie z punktu widzenia użytkowników wielu wyrobów z PVC [H76].
Wyniki powyższych prac prowadzonych w ramach projektu, uzupełniliśmy o badania
dynamiczne metodą DMTA oraz badania plastograficzne. Określiliśmy właściwości
przetwórcze stosując plastometrię obciążnikową i reometrię kapilarną [H82]. Obliczenie
17
rzeczywistej wartości lepkości wymagało dodatkowych poprawek. Opierałem się na
metodzie ich wyznaczania opisanej w pracach (41-43).
Wyniki te są ważne i mogą być pomocne przy opracowywaniu procesów wytwarzania
wyrobów takimi technikami jak wtryskiwanie lub wytłaczanie, stanowiąc istotny wkład w
rozwój tej dziedziny przetwórstwa materiałów polimerowych.
W trakcie badań nienapełnionej mieszanki nieplastyfikowanego PVC oraz jej
mieszaniny z 30-proc. udziałem mączki drzewnej, które przeprowadziłem w komorze
gniotownika, realizując wraz z zespołem badania w ramach projektów PBZ–MNiSW–
5/3/2006 i POIG.01.03.01-00-092/08, zaobserwowałem, że podczas ugniatania mieszanin
PVC z mączką drzewną w całym analizowanym zakresie temperatury, jej wartość jest
zdecydowanie wyższa od nastawionej temperatury komory [H82]. Zaobserwowałem
również, że czas osiągnięcia maksymalnego momentu obrotowego jest krótszy, a jego
wartość jest wyższa. Wykazałem, że wprowadzenie mączki drzewnej powoduje zwiększenie
naprężenia ścinającego, co sprzyja rozcieraniu ziaren i w konsekwencji prowadzi do
szybszego żelowania w porównaniu z mieszanką nienapełnioną. Informacja ta jest istotna z
punktu widzenia możliwości zagospodarowania odpadów poprodukcyjnych PVC jako osnowy
kompozytów WPC. Zagadnienie to omówiłem szerzej w dalszej części autoreferatu.
Równoległe do badań starzeniowych WPC, oceniałem wpływ czasu moczenia próbek
kompozytu w wodzie na ich właściwości mechaniczne. Okazało się, że wpływ ten jest
nieznaczny. Zaobserwowałem nawet korzystną tendencję zwiększenia wartości naprężenia
oraz wydłużenia na granicy plastyczności i przy zerwaniu. Interesujące wyniki uzyskałem
podczas badań starzenia kompozytów PP z mączką drzewną. Badania te polegały na
wielokrotnym działaniu pary wodnej w warunkach podwyższonego ciśnienia, a następnie
suszeniu próbek i ich oziębianiu. Wraz z liczbą cykli ich podstawowe właściwości nie ulegały
zmianie. Zaobserwowałem jedynie niewielką różnicę w barwie powierzchni. Mając na
względzie przyszły recykling materiałowy, próbki po przyspieszonym starzeniu
rozdrabniałem, a przemiał ponownie przetwarzałem metodą wtryskiwania. Stwierdziłem, że
właściwości wytrzymałościowe WPC nie zmieniały się w stosunku do próbek niestarzonych, a
w niektórych przypadkach zaobserwowałem nawet ich niewielką poprawę. Wyniki te są
szczególnie istotne dla użytkowników WPC pozwalając rozszerzyć zakres ich zastosowań.
Badania odporności WPC na wodę, oznaczane metodami odpowiednimi dla tworzyw
drzewnych wykazały, że ich nasiąkliwość jest zdecydowanie mniejsza niż nasiąkliwość
18
oznaczona dla drewna i płyt wiórowych [H30]. Po 48 godzinach przebywania w wodzie WPC z
50-proc. zawartością mączki drzewnej wykazuje nasiąkliwość 0,23%. W tych samych
warunkach nasiąkliwość drewna sosnowego wynosi 90%, a płyty wiórowej 75%.
Najważniejsze jest jednak to, że kompozyt po wysuszeniu praktycznie nie zmienia swoich
cech użytkowych, natomiast płyta wiórowa poddana takiemu badaniu nie nadaje się do
dalszego wykorzystania. Bardzo mała nasiąkliwość jest istotną cechą WPC, szczególnie ważną
w przypadku ich zastosowania w wyrobach eksploatowanych na zewnątrz.
Jedną z przyczyn małej nasiąkliwości WPC jest zmiana struktury drewna, spowodowana
wysokim ciśnieniem podczas przetwórstwa (czasami nawet do 200 MPa), które powoduje
ściśnięcie komórek drewna oraz częściowe wnikanie polimeru do ich wolnych przestrzeni. W
konsekwencji następuje zwiększenie gęstości WPC w porównaniu do gęstości obliczonej na
podstawie reguły mieszanin. Jednocześnie, drugim korzystnym efektem jest otoczenie
cząstek drzewnych przez osnowę polimerową co w dużym stopniu utrudnia do nich dostęp
wody. Potwierdzają to obserwacje SEM powierzchni kompozytów.
Wspólnie z Politechniką Lubelską wykonaliśmy też badania właściwości adhezyjnych
warstwy wierzchniej kompozytów. Cechy powierzchni odgrywają istotną rolę w takich
procesach jak: klejenie, malowanie, lakierowanie, drukowanie. Jako miarę zdolności
adhezyjnych coraz częściej wykorzystuje się wartość swobodnej energii powierzchniowej
(SEP) (44, 45). Współrealizowałem badania metodą Owensa-Wendta kompozytów na
osnowie poli(chlorku winylu) i polipropylenu. W ich wyniku stwierdziłem, że dobierając
odpowiednie udziały napełniacza, zarówno w przypadku osnowy z PVC, jak i osnowy z PP
można uzyskać materiały o wyraźnie wyższych wartościach SEP, a więc o lepszych
właściwościach adhezyjnych w porównaniu z polimerami wyjściowymi [H4].
Badania o charakterze aplikacyjnym
Pomimo nowoczesnych rozwiązań technicznych i technologicznych, w procesie
wytwarzania suspensyjnego PVC powstaje czasami produkt w postaci dużych ziaren (tzw.
„nadziaren”) o średnicy do kilku milimetrów. Właściwości takiego polimeru znacznie
odbiegają od wymaganych, utrudniając jego zastosowanie zarówno w przetwórstwie
nieplastyfikowanych, jak i plastyfikowanych mieszanek. Podjęliśmy zatem próbę
wykorzystania odpadu popolimeryzacyjnego PVC w postaci nadziaren (jedna szarża to około
40 ton polimeru) w kompozytach z mączką drzewną. Z popolimeryzacyjnego odpadu PVC-S
19
będącego mieszaniną ziaren o rozmiarze od 250 µm do ok. 5 mm wykonane zostały
kompozyty. Ich napełniaczem była mączka drzewna Lignocel C120 o wielkości cząstek od 70
do 150 µm oraz Lignocel 9 o wielkości cząstek od 0,8 do 1,1 mm. Mieszanka bez napełniaczy
nie żelowała, co jedynie potwierdziło dane o trudnościach w jej przetwórstwie.
Wprowadzenie drewna do kompozytu znacznie zwiększyło naprężenie ścinające, prowadząc
do roztarcia ziaren i umożliwiając ich żelowanie. Dzięki tej metodzie otrzymaliśmy wyrób o
bardzo dobrych właściwościach użytkowych. Skuteczność tej metody potwierdziły wyniki
badań plastografometrycznych, właściwości mechanicznych oraz obserwacje struktury
przeprowadzone za pomocą SEM [H76]. Z dostępnej literatury wynika, że podobnych badań
dotychczas nie prowadzono.
Opublikowaliśmy też wyniki pracy dotyczącej otrzymywania WPC, w których osnowę
stanowią mieszaniny PVC i PE o zróżnicowanym udziale obu tych polimerów [H12].
Zanieczyszczenie jednego tworzywa drugim zwykle dyskwalifikuje taki materiał jako surowiec
do dalszego przetwórstwa. Oczywiście można uprzednio poddać taką mieszaninę dokładnej
separacji, musi być ona jednak poprzedzona identyfikacją poszczególnych składników. Taka
ocena i segregacja są związane z dużym nakładem kosztów. Wykazaliśmy, że jednym ze
sposobów zagospodarowania mieszanych odpadów, nie nadających się do recyklingu
materiałowego, może być zastosowanie ich jako osnowy w kompozytach z mączką drzewną.
W omawianej pracy udowodniliśmy, że możliwe jest wytwarzanie kompozytów polimerowo-
drzewnych z zastosowaniem jako osnowy mieszanin PE-HD i PVC. Obecność mączki drzewnej
w mieszaninie tych polimerów ułatwia jej ujednorodnienie. Ze znanej mi literatury wynika, że
podobnych badań w tym zakresie nie prowadzono.
Wykonałem i zbadałem również kompozyty na osnowie przemiałów PVC uzyskanych z
recyklatów różniących się wcześniejszym przeznaczeniem, składem i właściwościami
przetwórczymi oraz stabilnością termiczną. W wyniku tych badań stwierdziłem, że
kompozyty drzewne wytworzone z mieszaniny tak różnorodnych materiałów wykazują
właściwości mechaniczne korzystniejsze od właściwości samej osnowy. Praktycznie zatem,
do otrzymywania kompozytów można stosować wszystkie odpady PVC. Muszą one jednak
wykazywać odpowiednią stabilność termiczną i muszą być znane ich podstawowe
właściwości przetwórcze.
W latach 2007−2010, w ramach projektu badawczego PBZ-MNiSW 508 011 32/0844 pt.
„Wykorzystanie poużytkowych płyt wiórowych do wytwarzania kompozytów drzewno-
20
polimerowych” (jako główny wykonawca) kontynuowałem w zespole badania WPC
zawierających odpady poużytkowe płyt wiórowych. Projekt ten współrealizowały dwa
ośrodki naukowe: Instytut Techniki Uniwersytetu Kazimierza Wielkiego w Bydgoszczy i
Zakład Technologii Polimerów Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego w Bydgoszczy.
Zasadniczym celem projektu było zbadanie możliwości zastosowania poużytkowych
płyt wiórowych i odpadów z produkcji tych płyt do wytworzenia WPC, odpowiedniego do
przetwórstwa, zwłaszcza metodą wtryskiwania. Wspólnie z wykonawcami projektu
dokonałem wstępnej analizy rodzaju i budowy najczęściej utylizowanych poużytkowych płyt
wiórowych oraz zgromadziłem informacje o ilości i rodzajach odpadów powstających
obecnie w trakcie ich wytwarzania (46-48). Polska należy do ścisłego grona światowych
producentów płyt wiórowych z roczną produkcją około 4 mln m3. Biorąc pod uwagę jedynie
odpad produkcyjny ze szlifowania naddatku z płyt, jego wielkość przekracza 240 tys. m3 pyłu.
Ogólnie liczba odpadów w przemyśle drzewnym szacowana jest na 3.7 mln m3 (49). Biorąc
powyższe pod uwagę, bardzo istotne jest wdrażanie inicjatyw bądź gotowych rozwiązań,
proponujących recykling poużytkowych i produkcyjnych odpadów powstających w przemyśle
drzewnym. W sprawozdaniu z tego projektu wykazaliśmy, że jednym z lepszych rozwiązań
może być produkcja WPC z zastosowaniem odpadowego napełniacza z tworzyw drzewnych.
W ramach powyższego projektu ustaliliśmy wpływ wielkości próbki w zależności od
rozmiaru cząstek stosowanego przemiału drzewnego [H10]. Stwierdziliśmy istotny wpływ
kształtu i rozmiaru cząstek drzewnych na właściwości mechaniczne i fizyczne WPC.
Zbadaliśmy też wpływ dodatkowych komponentów płyty wiórowej (kora, żywice klejowe,
powłoki) na przetwórstwo i właściwości mechaniczne WPC. Przeprowadziliśmy również
badania wtryskiwania trzech kompozytów napełnionych różnymi odpadami płyt wiórowych.
Z dostępnej literatury wynika, że powyższych badań do tej pory nie prowadzono.
Należy zwrócić uwagę na dodatkowy korzystny aspekt tych prac. Wykorzystanie do
napełniania tworzyw termoplastycznych przemiałów poużytkowych płyt wiórowych
wymagało określenia szkodliwości dla środowiska procesu ich przetwórstwa. Podczas
długotrwałych pomiarów na stanowisku pracy wtryskarki stwierdzono brak narażenia na
czynniki chemiczne. Stężenie ewentualnych szkodliwych związków chemicznych było poniżej
oznaczalności metody (sprawozdanie z badań umieściłem w Załączniku 10).
Ustaliłem, że kompozyty wykonane z zastosowaniem typowych termoplastów (PP, PE-
LD, PVC) oraz przemiałów z poużytkowych płyt wiórowych charakteryzują się właściwościami
21
zbliżonymi do właściwości klasycznego kompozytu polimerowo-drzewnego z napełniaczem
w postaci mączki drzewnej. Kompozyt taki może być zastosowany z powodzeniem do
produkcji elementów kształtowych metodami wtryskiwania i wytłaczania, stanowiąc
jednocześnie cenny sposób zagospodarowania uciążliwych z punktu widzenia ekologii
odpadów produkcyjnych i poużytkowych płyt wiórowych. Wyniki badań właściwości
fizycznych i mechanicznych kompozytów zawierających jako napełniacz przemiał płyt
wiórowych i MDF w osnowie polipropylenowej przedstawiliśmy m.in. w pracach [H8, H10,
H11]. Wykazaliśmy również możliwość stosowania WPC w przemyśle meblowym.
Wyniki te stanowią istotny wkład w rozszerzenie wiedzy z zakresu recyklingu
materiałów polimerowych i odpadów drzewnych. W oparciu o te materiały planujemy w
niedługim czasie uruchomienie produkcji granulatów WPC.
Kompozyty polimerowo-drzewne o specyficznych właściwościach
Ważnym aspektem prac dotyczących WPC są moje badania dotyczące wytwarzania
materiałów kompozytowych o specyficznych właściwościach.
Pierwsza ich część została zrealizowana w ramach projektu badawczego pt.
„Nanokompozyty polimerowe o zwiększonej odporności na działanie mikroorganizmów”
(UDA-POIG.01.03.01-00-073/08-00). W ramach tego projektu jednym z zadań kierowałem, a
drugiego byłem wykonawcą. Prowadziłem wraz z zespołem badania nad otrzymaniem
nanokompozytów polimerowych o unikatowych właściwościach, w tym o zwiększonej
odporności na działanie mikroorganizmów (grzybów i bakterii) oraz o właściwościach grzybo-
i/lub bakteriobójczych. Do osnowy PVC wprowadzaliśmy różne mączki drzewne oraz cały
szereg nanonapełniaczy krzemionkowych z trwale wbudowanymi w strukturę krzemionki
nanocząstkami srebra lub miedzi (50-52). W przetwórstwie ww. kompozytów stosowaliśmy
metodę wytłaczania, walcowania, prasowania i wtryskiwania. Przeprowadzone zostały też
badania plastografometryczne wytypowanych mieszanek PVC z różną zawartością oraz
rodzajem napełniaczy i nanonapełniaczy. Metodą prasowania otrzymaliśmy kształtki do
badań mechanicznych i mikrobiologicznych oraz kompozyty warstwowe. Za pomocą
plastometru i wytłaczarki z głowicą gorąco-zimną scharakteryzowaliśmy właściwości
przetwórcze kompozytów z nanokrzemionkami. Zbadaliśmy również właściwości
mechaniczne wytłoczyn. Otrzymane pozytywne rezultaty świadczą o możliwości zwiększenia
odporności kompozytów na działanie mikroorganizmów, poprzez dodatek nanonapełniaczy
22
krzemionkowych z trwale wbudowanym srebrem. Otrzymane kompozyty charakteryzują się
homogenicznym zdyspergowaniem napełniacza w osnowie polimerowej i zwiększoną
odpornością na działanie mikroorganizmów (m.in. Escherichia coli, Staphylococcus aureus)
przy jednocześnie dobrych właściwościach użytkowych. Opracowana technologia jest
przedmiotem zgłoszenia patentowego (P.399022).
Badając specyficzne właściwości WPC oceniłem też możliwość ich wykorzystania jako
podłoża przyjaznego dla mikroorganizmów osadu czynnego. Współrealizuję obecnie z
Politechniką Poznańską badania nad jego wpływem, w nowej technologii długotrwałego
oddziaływania złoża ruchomego MBBR (ang. Moving Bed Biofilm Reactors), na kompozyty
zawierające poliolefiny i PVC z różną ilością i rodzajem mączki drzewnej. Wyniki, tych już
prawie dwuletnich badań, wskazują na potencjalną możliwość wytypowania odpowiedniego
kompozytu polimerowo-drzewnego, zapewniającego znacznie lepsze warunki do życia kultur
mikroorganizmów stosowanych w oczyszczalniach ścieków niż obecnie istniejące.
Technologia z zastosowaniem ruchomego złoża biologicznego w postaci kształtek z
kompozytu polimerowo-drzewnego o osnowie PVC może znaleźć zastosowanie w
oczyszczalniach komunalnych i przemysłowych. Rozwiązanie jest przedmiotem zgłoszenia w
Urzędzie Patentowym P. 397280, zostało opublikowane, przedstawione na międzynarodowej
i krajowej konferencji oraz zgłoszone jako międzynarodowy projekt badawczy oraz do NCBiR.
Opracowanie parametrów procesu przetwarzania WPC
Przy ustalaniu temperatury poszczególnych stref układu uplastyczniającego dla
dowolnego składu kompozycji WPC pomocne są wyniki badań uzyskane w trakcie procesu
ugniatania w komorze plastografometru Brabendera (53-55). Pomiary te, w przypadku
mieszanin PVC zawierających do 50% mas. mączki drzewnej, przebiegały bez zakłóceń, a w
ich wyniku otrzymywałem jednorodne kompozycje. Powyżej 25% mas. mączki
obserwowałem systematyczne zwiększanie momentu obrotowego wraz ze wzrostem jej
zawartości. Proces żelowania, niezależnie od temperatury komory, rozpoczynał się zawsze w
tej samej temperaturze wsadu wynoszącej 182-185°C. Plastogramy kompozytów
zawierających do 25% mączki mają zbliżony kształt. Zawartość PVC w WPC jest wystarczająco
duża, w stosunku do ilości napełniacza, dzięki czemu możliwe jest otoczenie polimerem
większości cząstek drewna, co ułatwia ich przemieszczanie względem siebie.
Zaobserwowałem również, że o rozpoczęciu żelowania decyduje głównie temperatura
23
wsadu, a pośrednio temperatura komory. Wyższa temperatura komory przyspiesza jedynie
proces żelowania.
W ramach prac dotyczących WPC wielokrotnie prowadziłem żelowanie za pomocą
plastografometru Brabendera, porównując uzyskane wyniki z wynikami kompozytów
otrzymanych metodą wtryskiwania bezpośredniego, walcowania, wytłaczania
jednoślimakowego i dwuślimakowego. Stwierdziłem, że rodzaj stosowanego urządzenia
przetwórczego, a więc historia termiczna i obciążenie mechaniczne mieszanki PVC podczas
żelowania, ma bardzo duży wpływ na właściwości osnowy, a w konsekwencji na właściwości
użytkowe WPC.
Bezpośrednie przeniesienie wyników badań plastografometrycznych na urządzenie
przetwórcze, a dokładnie na układ uplastyczniający jest trudne (56-58). Możliwe jest
natomiast porównanie efektów związanych z żelowaniem wyznaczonym np. z pomiarów
MFR [H2, H3, H9, H21]. Opracowana przeze mnie metoda oceny stopnia zżelowania PVC
(opisana w skrócie w części VA i VB). może być również stosowana w przypadku kompozytów
polimerowo-drzewnych. Ogólnie należy stwierdzić, że najkorzystniejszy program
temperatury stref wtryskarki lub wytłaczarki, poczynając od leja zasypowego to: 170-185-
185°C, głowica: 185-180°C. Powyższy układ temperatury nie powoduje degradacji
napełniacza, a jednocześnie wystarcza do odpowiedniego uplastycznienia wsadu i
wypełnienia nim gniazda formy. Ustaliłem również, że obroty ślimaka nie powinny
przekraczać 70 obr./min. Z tym, że im większa zawartość drewna w kompozycie, tym obroty
powinny być mniejsze. Stwierdziłem bowiem, że przy zawartości mączki drzewnej powyżej
30% strefa sprężania układu uplastyczniającego wykazywała oznaki przegrzewania, co przy
braku wymuszonego chłodzenia jest we wtryskarce zjawiskiem niebezpiecznym, szczególnie
przy przetwórstwie PVC. Stwierdziłem również, że właściwości reologiczne danego tworzywa
można regulować, jednak trzeba uwzględnić wiele czynników (smary, stabilizatory, itp.) oraz
ich wpływ na właściwości fizykomechaniczne wytworu. Przy wtryskiwaniu ważne jest też
przeciwciśnienie uplastyczniania, które w przypadku tworzyw nienapełnionych zaleca się
zmniejszyć do 50% wartości ciśnienia wtryskiwania. W mojej ocenie może być ono nieco
większe, jednak po uwzględnieniu wpływu obrotów ślimaka. Ciśnienie wtryskiwania może
przekraczać 1500 bar, jednak szybkość wtryskiwania należy utrzymać w dolnym zakresie,
odpowiednim dla charakterystyki maszyny przetwórczej i narzędzia.
24
Przy okazji prób wtryskiwania zauważyłem, że w efekcie podniesienia temperatury
formy wtryskowej do ok. 105°C, następuje wyraźna poprawa gładkości powierzchni kształtki
kompozytowej, a co się z tym wiąże zmniejsza się jej nasiąkliwość. W każdym przetwarzanym
kompozycie znajdują się pewne ilości wody (najlepiej poniżej 1%). Im wyższa temperatura
formy, tym mniejsza lepkość osnowy, zwłaszcza jej warstwy mającej kontakt z powierzchnią
metalu. Dzięki temu cząstki drzewne są lepiej osłonięte i zabezpieczone przed wpływem
wody podczas eksploatacji (pomimo że badane termoplasty w swojej naturze mają znikomą
tendencję do nasiąkania). Poczynione wyżej spostrzeżenie wiąże się jednak z pewnymi
ograniczeniami. Nie każdą kształtkę daje się wyjąć z gorącej formy w rozsądnie krótkim
czasie bez narażania jej na deformację. Rozwiązaniem powyższego problemu może być
zastosowanie techniki cyklicznych zmian temperatury powierzchni gniazda formującego (59).
Zastosowanie tej metody może również pomóc w rozwiązaniu problemu właściwego
łączenia strumieni tworzywa w wypraskach wtryskowych, zwłaszcza cienkościennych co ma
miejsce w przypadku napełnionych np. talkiem (60). W kilku moich pracach dotyczących
WPC z zastosowaniem opracowanej przeze mnie formy wtryskowej wykazałem możliwość
wykorzystania powyższej metody w przetwórstwie kompozytów polimerowo-drzewnych.
Stwierdziłem, że w przypadku stosowania napełniacza o znacznie większym rozmiarze
ziarna (np. 5-10 mm) nie jest, wbrew pozorom, wymagane stosowanie znacząco wyższego
ciśnienia w procesie przetwórstwa, zarówno metodami wtryskiwania, jak i wytłaczania.
Konieczny jest natomiast dobór odpowiednio większego przekroju przewężki w formie
wtryskowej lub szczeliny w głowicy wytłaczarskiej. Jest to ważne, tak jak ma to miejsce w
przypadku tworzyw polimerowych nienapełnionych (61). Tym bardziej jest to istotne jeśli
przetwarzamy WPC. Zagadnieniom tym poświęciłem uwagę m.in. przy projektowaniu formy
wtryskowej dla czterech wielkości próbek wiosełkowych i zróżnicowanej geometrii kanałów
doprowadzających tworzywo do gniazd formy oraz konstruowaniu głowic wytłaczarskich.
Opracowanie metodyki badań WPC
Opracowanie metodyki badań kompozytów polimerowo-drzewnych wymagało w wielu
przypadkach modernizacji aparatury badawczo-pomiarowej w odniesieniu, m.in. do
oznaczenia:
1. MFR kompozytów polimerowo-drzewnych,
2. właściwości wytrzymałościowych WPC,
25
3. pozostałych cech reologicznych WPC.
Oznaczanie MFR kompozytów polimerowo-drzewnych
Jedną z istotnych cech przetwórczych WPC jest ich masowy wskaźnik szybkości
płynięcia (MFR). W warunkach pomiaru wg PN-EN ISO 1133:2006, tzn. z zastosowaniem
dyszy L/D = 8/2 i nacisku na tłok nawet 21 kg, większość badanych kompozytów nie płynęła.
Powyższa norma opracowana dla tworzyw polimerowych, nie przewidywała bowiem badania
materiałów z napełniaczem, niekiedy o wymiarach cząstek znacznie przekraczających 2 mm.
Z drugiej zaś strony, napełnienie kompozytu cząstkami znacznie mniejszymi (70-150 µm) przy
ich zawartości powyżej 25-30% również utrudnia płynięcie, co często jest związane z ich
aglomeracją. Z tych dwóch powodów zastosowanie dyszy o średnicy 2 mm praktycznie
uniemożliwia przeprowadzenie w tych samych warunkach oznaczenia MFR zarówno osnowy,
jak i wysokonapełnionego kompozytu. Na podstawie wyników przeprowadzonych badań
ustaliłem, że w wielu przypadkach pomiary porównawcze WPC o różnej zawartości
napełniacza można prowadzić stosując dyszę o średnicy ≤6 mm. Potwierdziły to również
wyniki badań MFR kompozytów na osnowie PP, różniących się ciężarem cząsteczkowym.
Jako napełniacz tych kompozytów zastosowałem między innymi Lignocel S150TR i P Super o
rozmiarze cząstek drewna, wynoszącym, odpowiednio, 200-300 µm i 800-2100 µm.
Zawartość drewna zmieniałem w zakresie 0-70% mas. Typowa dysza L/D = 8/2 nie pozwoliła
na przeprowadzenie pomiaru płynięcia kompozytów zawierających powyżej 20% mączki
drzewnej Lignocel P Super o rozmiarach ziarna (800-2100 µm). W przypadku dyszy skróconej
do 4 mm, z zachowaniem średnicy 2 mm, możliwy był pomiar MFR kompozytów o
napełnieniu do 30%. Najbardziej jednak właściwe dla pomiarów MFR kompozytów, w całym
zakresie stężenia mączki, było zastosowanie dyszy L/D = 4/4,5.
Na podstawie doświadczeń zebranych w trakcie badań różnych typów WPC
stwierdziłem, że pomiar właściwości reologicznych za pomocą reometru kapilarnego i
jednoczesne oznaczenie lepkości za pomocą głowicy wytłaczarskiej z dwoma czujnikami
ciśnienia, pozwala uzyskać miarodajne wyniki opisujące cechy reologiczne kompozytów w
warunkach procesu przetwarzania. Na potrzeby tych pomiarów zaprojektowałem i
częściowo wykonałem odpowiednią głowicę.
26
Oznaczanie właściwości wytrzymałościowych WPC
Porównując WPC i tworzywa drzewne stwierdziłem, że próbki stosowane do badań
wytrzymałościowych kompozytów polimerowo-drzewnych muszą być znacznie większe niż
próbki zalecane normą PN-EN ISO 527-1 dotyczącą badań tworzyw polimerowych.
Zaproponowałem zatem przeprowadzenie badań mechanicznych próbek WPC: w postaci
beleczek o przekroju 20x20 mm oraz wiosełek o przekroju (co najmniej) 8x16 mm.
Skonstruowałem w tym celu formy wtryskowe umożliwiające otrzymywanie wyprasek w
postaci wiosełek o przekroju 4x10 mm, 10x10 mm, 20x10 mm oraz trzech rodzajów beleczek
o przekrojach 4x10 mm, 20x20 mm, 20x30 mm.
Zaprojektowałem poza tym i nadzorowałem wykonanie formy ogrzewanej elektrycznie
z kanałami chłodzącymi, która umożliwia otrzymanie wyprasek metodą prasowania na
gorąco, a następnie chłodzenia pod kontrolowanym ciśnieniem (do 500 MPa).
Na potrzeby badań, zwłaszcza właściwości mechanicznych przy statycznym rozciąganiu,
wykonałem urządzenie do wycinania wiosełek (dowolnego typu) zgodnych z PN-EN ISO 527-
1, które posłużyło również do wykrawania większych próbek wiosełkowych, za pomocą freza
palcowego prowadzonego wg opracowanego wzorca.
W dalszych pracach nad WPC realizowanych wspólnie z Uniwersytetem Kazimierza
Wielkiego, w ramach projektu badawczego, którego byłem głównym wykonawcą,
analizowałem wpływ rozmiaru cząstek (rozmiar ziaren od 0,25 do 4 mm) na właściwości
mechaniczne WPC. W trakcie wcześniejszych badań zaobserwowałem wpływ rozmiaru
próbek na wyniki właściwości wytrzymałościowych kompozytów. Na podstawie wyników
tych badań, uwzględniając normy dotyczące tworzyw polimerowych i tworzyw drzewnych
oraz po dyskusjach ze specjalistami od drewna z UKW, wytypowaliśmy 4 rodzaje wiosełek.
Zwiększaliśmy szerokość ich części roboczej co 5 mm, a grubość co 2 mm, poczynając od
wymiarów kształtki A według PN-EN ISO 527-1. Przekroje części roboczej wynosiły 15x6, 20x8
i 25x10 mm, a ich długość odpowiednio 230, 310 i 360 mm. W celu otrzymania powyższych
próbek opracowałem konstrukcję formy wtryskowej, nadzorując jej wykonanie. Na
podstawie wyników badań próbek o różnym rozmiarze określiliśmy m.in. wpływ skali na
wartości właściwości mechanicznych.
27
Oznaczanie cech reologicznych WPC
Wyniki badań kompozytów polimerowo-drzewnych o osnowie PVC, wykonanych z
zastosowaniem plastografometru Brabendera pozwoliły mi określić czynniki, które należy
uwzględnić w trakcie pomiaru, aby uzyskane wyniki mogły mieć zastosowanie w praktyce
przemysłowej. Należy dobrać gramaturę wsadu (wpływa ona na wielkość naprężenia
ścinającego), temperaturę i obroty rotorów, a zatem szybkość ścinania oraz uwzględnić efekt
samonagrzewania żelującej mieszaniny i wpływ morfologii ziaren na właściwości plastyfikatu.
Badania reologiczne WPC wykonanych z napełniaczem drzewnym o różnym rozmiarze
ziarna, w szerokim zakresie szybkości ścinania wykazały niewielkie różnice w wartościach
lepkości, przy określonej szybkości ścinania. Lepkość kompozytów mieści się w granicach,
które umożliwiają ich przetwórstwo tradycyjnymi metodami stosowanymi dla tworzyw
polimerowych. Zależność lepkości od szybkości ścinania ma podobny charakter jak w
przypadku tworzyw nienapełnionych (62). Konstruując narzędzie przetwórcze należy jednak
uwzględnić fakt, że rozmiary niektórych cząstek przekraczają kilka milimetrów. Dotyczy to
przede wszystkim kanałów wtryskowych, a zwłaszcza przewężek w formach, głowic
wytłaczarskich, jak również przekrojów dysz w pomiarach plastometrycznych i
reometrycznych.
Opracowanie urządzeń służących przetwarzaniu i badaniu WPC
W przypadku materiałów sypkich, zwłaszcza o małej gęstości nasypowej pozornej,
istnieje problem ich dozowania do układu uplastyczniającego (63). Na potrzeby prac
prowadzonych nad WPC zaprojektowałem, wykonałem i zastosowałem z powodzeniem w
praktyce urządzenie dozujące z układem grzejnym, umożliwiające zasilanie wytłaczarki
mączką drzewną. Zastosowałem też drugi dozownik do granulatu, co pozwoliło na stabilne
zasilanie wytłaczarki mieszaniną o praktycznie dowolnym składzie.
W celu zwiększenia możliwości badawczych WPC, rozbudowałem linię wytłaczarską do
wytwarzania próbek z tych materiałów, projektując i częściowo wykonując gąsienicowe
urządzenie odbierające. Zalety tego urządzenia to możliwość płynnej regulacji odbierania
wytłoczyny w bardzo szerokim zakresie szybkości przesuwu gąsienic, których wspólny napęd
realizowany jest za pomocą oryginalnej przekładni własnej konstrukcji. Do zalet tego
rozwiązania należy również możliwość regulacji odległości pomiędzy klockami gąsienic, przy
28
kontrolowanym nacisku, jak również możliwość szybkiej wymiany klocków gumowych o
kształtach odpowiednich dla danego profilu wytłoczyny.
Zaprojektowałem głowicę wytłaczarską do badań wiskozymetrycznych „in line”,
składającą się z czterech segmentów. Dzięki wymiennym wkładkom przekrój dyszy może
mieć praktycznie dowolną geometrię, a jej długość może wynosić od kilkunastu do 320 mm.
Możliwy jest też pomiar ciśnienia w co najmniej dwóch wybranych punktach kanału.
W trakcie prac związanych z WPC zaprojektowałem i nadzorowałem wykonanie
głowicy z segmentami gorącym i chłodzącym. Składa się ona z ośmiu części ze specjalnej
hartowanej nierdzewnej stali z wymiennymi wkładkami. Za pomocą tego narzędzia, stosując
dowolne wkładki, można wytłaczać profile o przekroju do 25x15 mm lub mniejsze (w tym
również profile zamknięte). Tego typu głowice stosowane są obecnie przez niektóre firmy
światowe do wytłaczania kompozytów, zwłaszcza o dużym napełnieniu (nawet do 80%). W
Polsce, o ile wiem, tej metody jeszcze się nie stosuje. Opracowaną głowicę można również
wykorzystać do otrzymania wytłoczyn z tworzyw nienapełnionych. W ciągu ostatnich 12 lat
niedostępne były w literaturze rysunki głowicy, który umożliwiłyby jej wykonanie. Pojawiają
się sporadycznie zdjęcia takich głowic, lecz firmy nie ujawniają szczegółów ich konstrukcji.
Oprócz głowicy „gorąco-zimnej”, wykorzystywanej do pracy z wytłaczarką T32,
zaprojektowaliśmy głowicę współpracującą z wytłaczarką plastografometru Brabendera.
Dzięki jej nowatorskiej konstrukcji możliwe jest otrzymywanie wytłoczyn o przekroju
zamkniętym lub otwartym, zarówno z WPC, tworzyw konstrukcyjnych jak i elastomerów, o
wymiarach przekroju z bardzo niewielką tolerancją (do kilku setnych milimetra). Kalibracja
wytłoczyn z elastomerów zwłaszcza o skomplikowanym przekroju była dotychczas
utrudniona. Konstrukcja głowicy została zgłoszona w Urzędzie Patentowym (P. 399747).
Opracowałem również konstrukcję wielosegmentowego mieszalnika statycznego
umożliwiającego lepszą homogenizację kompozytów podczas wytłaczania. Wiodąca firma
szwajcarska specjalizująca się w mieszalnikach statycznych nie podjęła się wówczas jego
wykonania. Mieszalnik ten składa się z trzech segmentów, w każdym z nich umieszczone są
trzy wymienne wkładki o specjalnej konstrukcji. Rozwiązanie takie daje możliwość
przeprowadzenia badań wytłaczania kompozytu i efektywności mieszania przy praktycznie
nieograniczonej liczbie kombinacji ułożenia elementów mieszających.
Całość omawianej linii wytłaczarskiej wyposażyłem w dozowniki ślimakowe DSK04 i
DSK07 firmy Hydrapres dostosowując je do pracy z kompozytami polimerowo-drzewnymi.
29
W trakcie badań WPC stwierdziłem, że typowe głowice wytłaczarskie do przetwarzania
poliolefin lub nieplastyfikowanego PVC nie wymagają większych zmian o ile stężenie mączki
drzewnej w kompozycie nie przekracza 40-45% mas. Konieczne są jednak zmiany dotyczące
kalibracji. W tym celu zaprojektowałem specjalne urządzenie do kalibrowania zewnętrznego
ciśnieniowego oraz kalibrowania próżniowego. Traktując kalibrator jako urządzenie
badawcze, część chłodzącą i kalibrującą podzieliłem na pięć stref, dzięki czemu możliwe było
sprawdzenie wpływu zmiennej temperatury i wielkości podciśnienia na jakość wytłoczyny.
Zagadnienia te są bardzo istotne w konkretnych warunkach przetwórstwa, dlatego
zaplanowałem dalsze badania w tym zakresie, łącznie z próbami przemysłowymi. Jedno z
rozwiązań zaproponowanej przeze mnie kalibracji zostanie zastrzeżone w UP.
Wielu próbom wytłaczania lub wtryskiwania WPC towarzyszyło charakterystyczne
przegrzewanie strefy zasypu i sprężania. Aby ograniczyć to zjawisko opracowałem specjalną
konstrukcję układu uplastyczniającego. W rozwiązaniu tym istotne było dobranie
odpowiedniej wartości redukcji objętości kanału śrubowego i wykonanie w tulei cylindra od
strony zasypu, strefy rowkowanej o właściwej geometrii (64). Rozwiązanie to umożliwia
stabilne wytłaczanie kompozytów na osnowie z poliolefin lub PVC, zawierających do 60%
mas. napełniacza. Powyższy układ uplastyczniający został wykonany przez jedną z firm
belgijskich i zaadoptowany do wytłaczarki T-32.
Zastosowanie metody walcowania kompozytów, opisanej przy moim udziale w
zgłoszeniu do Urzędu Patentowego (P. 399746) pozwala na wyeliminowanie etapu
wstępnego suszenia mączki drzewnej. Zaletą tej metody jest też kontrola czasu walcowania
w zależności od rodzaju polimeru, napełniacza i substancji pomocniczych, jak również
temperatury i obrotów walców, w tym frykcji. W wielu przypadkach walcarka jest
urządzeniem kontrolnym przebiegu ugniatania kompozytów.
Gęstość nasypowa pozorna mieszanek PVC nienapełnionych i napełnionych drewnem
różni się w sposób zasadniczy. Gęstość nasypowa pozorna mieszanki bez drewna jest
znacznie większa w porównaniu z gęstością nasypową pozorną mieszanki z drewnem co
utrudnia wprowadzenie jej do komory. Wsad, w obu przypadkach o jednakowej masie,
ogrzewa się od ścian komory i powierzchni gniotowników. Na skutek tarcia spowodowanego
przemieszczaniem się składników mieszaniny względem siebie wydzielana jest znacznie
większa ilość ciepła niż w przypadku mieszanki. Ziarna PVC stają się coraz bardziej elastyczne,
podczas gdy cząstki drewna pozostają sztywne. Dodatkowo, ze względu na mniejsze
30
przewodnictwo cieplne drewna w porównaniu z mieszanką PVC, trudniej jest odprowadzić
powstające ciepło tarcia do ścianek komory. Następuje znaczna jego kumulacja, wpływająca
na szybsze stapianie cząstek pierwotnych. Podobne wnioski, potwierdzające powyższe
spostrzeżenia, przedstawiliśmy w innych pracach [H3, H9, H76].
Wyjaśnienie zjawisk zachodzących w trakcie przetwarzania WPC stanowi istotny wkład
w rozszerzenie wiedzy o tym materiale, jest też istotne w aspekcie technologicznym.
Uwzględnienie powyższego mechanizmu jest konieczne podczas projektowania układów
uplastyczniających, zwłaszcza geometrii ślimaków. Wartość redukcji objętości kanału
śrubowego powinna być wyższa w przypadku mieszanin o większej zawartości mączki. Tak
zaprojektowana geometria ślimaków umożliwia obniżenie temperatury poszczególnych stref
układu uplastyczniającego (bardzo korzystne w przypadku PVC) oraz skrócenie długości
ślimaka (mniejsze L/D), co wiąże się z mniejszym obciążeniem termicznym materiałów.
Większość tych zagadnień została poruszona w moich wcześniejszych pracach omawiających
poli(chlorek winylu), których nie uwzględniam w autoreferacie.
Na podstawie wyników badań opracowałem wraz z zespołem z UTP urządzenie
przetwórcze do wyznaczania charakterystyki reologicznej tworzyw polimerowych, również
tych z dużą zawartością napełniacza drzewnego. Zaletą tej konstrukcji jest możliwość
przeprowadzenia badań reologicznych w szerokim zakresie szybkości ścinania i naprężenia
ścinającego. Wykonane narzędzie jest przeznaczone do współpracy z wtryskarką, dzięki
czemu możliwa jest ocena jednoczesnego wpływu parametrów przetwórstwa (również
przeciwciśnienia uplastyczniania) na właściwości reologiczne w rzeczywistych warunkach
pracy urządzenia przetwórczego. Opis urządzenia został zgłoszony w Urzędzie Patentowym
(W.120708).
Dla pełniejszych badań kompozytów drzewnych o osnowie z PVC, korzystne jest
wykonanie badań reologicznych za pomocą plastografometru Brabendera. Próbki o masie do
65 g wyjęte z komory po pomiarze wymagają rozdrobnienia przed dalszym ich
wykorzystaniem. Na rynku niestety nie było urządzeń rozdrabniających, dających możliwość
wprowadzenia kilkudziesięciogramowej próbki i otrzymania z niej, bez strat, takiej samej
ilości przemiału. Aby zrealizować proces rozdrabniania tak niewielkich próbek opracowałem
konstrukcję odpowiedniego granulatora, a wspólnie z zaprzyjaźnionym warsztatem
mechanicznym wykonałem takie urządzenie [H161]. Umożliwia ono przy tym również
uzyskanie nawet kilkunastu kilogramów przemiału na godzinę, praktycznie dowolnego
31
materiału polimerowego, łącznie z elastomerami, wykładziną dywanową lub żywicami
napełnionymi włóknem szklanym. Urządzenie to wykorzystywaliśmy również wielokrotnie do
rozdrabniania drewna.
Należy podkreślić, że bez modernizacji istniejącej aparatury, jak również wykonania
nowych urządzeń według własnych projektów, nie byłoby możliwe przeprowadzenie
większości powyższych badań.
Podsumowanie
W autoreferacie, w części dotyczącej cyklu publikacji przedstawiłem wyniki moich
badań przeprowadzonych w ostatnich dziesięciu latach nad kompozytami polimerowo-
drzewnymi na osnowie termoplastów (poliolefin, PVC i ich recyklatów) oraz napełniacza,
głównie w postaci mączki drzewnej, jak też odpadów tworzyw drzewnych. Na podstawie tych
wyników opisałem i wyjaśniłem zjawiska występujące w mieszaninach kompozytowych i
zachodzące w trakcie ich przetwarzania z zastosowaniem różnych metod przetwórstwa.
Przeanalizowałem zależności pomiędzy rodzajem, rozmiarem i ilością napełniacza oraz
rodzajem osnowy, a właściwościami reologicznymi, wybranymi właściwościami fizycznymi i
mechanicznymi kompozytów polimerowo-drzewnych. Opracowałem i zweryfikowałem różne
metody modyfikacji napełniaczy, osnowy i kompozytów.
Ze względu na specyfikę WPC stosowałem zarówno metody badawcze opisane w
normach dotyczących tworzyw polimerowych, jak i metody opracowane dla tworzyw
drzewnych. Część metod opracowałem i dostosowałem do wymagań wynikających z
charakteru WPC. W celu zrealizowania możliwie wyczerpujących problem badań,
wyposażyłem istniejący park maszynowy w dodatkowe elementy oraz zaprojektowałem i
wykonałem szereg oryginalnych urządzeń i narzędzi przetwórczych.
Uzyskane wyniki badań, poza charakterem poznawczym, miały też cel aplikacyjny. Na
ich podstawie opracowałem mieszaniny kompozytów z osnową poliolefinową oraz mieszanki
PVC. Posłużyły one do wykonania prób wytłaczania w warunkach przemysłowych na dwóch
liniach produkcyjnych. Wyniki tych prób były podstawą do przedstawienia oferty firmom, z
których pięć podjęło współpracę. Najważniejsze z nich to: Zakłady Chemiczne Zachem w
Bydgoszczy (producent Polwinitów). W Zakładach tych zrealizowaliśmy próby produkcyjne,
otrzymując po kilka ton granulatów o bardzo dobrej jakości. Prace wdrożeniowe zostały
przerwane w związku z restrukturyzacją Z. Ch. Zachem. Po przekształceniach własnościowych
32
w roku 2012 ponownie nawiązałem współpracę z firmą, obecnie występującą pod nazwą
Polivinyl. Wspólnie z tą firmą złożyliśmy wniosek na projekt badawczy w ramach konkursu
INNOTECH. Pomyślnie rokuje również współpraca z innymi firmami.
Zainteresowanie wynikami moich badań wyraziły również zakłady produkujące stolarkę
okienną, producenci wyrobów z drewna i tworzyw drzewnych, firmy zajmujące się
recyklingiem tworzyw polimerowych, oraz m.in.: Ergis Wąbrzeźno, IEBM sp. z o. o., MAJUMI
sp. z o. o. i Firma WINDOOR. W tych ostatnich dwóch firmach uczestniczyłem w
uruchomieniu produkcji granulatów i wyrobów finalnych z WPC.
Publikacje dotyczące kompozytów polimerowo-drzewnych (jest ich 113) stanowią
spójną całość wyników badań prowadzonych przeze mnie od 2000 roku. Z tego względu
(biorąc pod uwagę wymogi formalne autoreferatu) trudno było mi wybrać i wskazać
kilkanaście lub nieco więcej najważniejszych publikacji. Uważam bowiem, że wszystkie są
istotne – jeśli nie obecnie, to może w niedalekiej przyszłości. Największą satysfakcję miałem
wówczas, kiedy korzystali z nich przedstawiciele przemysłu, zwłaszcza przy uruchamianiu
konkretnej produkcji.
Większość prac badawczych realizowałem w zespołach naukowych, w skład których
wchodzili pracownicy Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego, Uniwersytetu
Kazimierza Wielkiego w Bydgoszczy, Politechniki Poznańskiej, Politechniki Warszawskiej,
Politechniki Krakowskiej, Uniwersytetu Opolskiego, IKV RWTCh w Aachen oraz instytutów
badawczych, tj. Instytutu Chemii Przemysłowej i Głównego Instytutu Górnictwa.
Wykaz wszystkich opublikowanych prac przedstawiłem w Załącznikach 4 i 5.
Literatura obca
1. Faruk O., Bledzki A., Fink H., Sain M.: Prog. Polym. Sci. 2012, 37, 1552.
2. Mohanty A.K., Misra M., Drzal L.T.: „Natural fibers, biopolymers, and biocomposites”,
Boca Raton. Taylor&Francis Group 2005.
3. Bledzki A.K., Gassan J.: Prog. Polym. Sci. 1999, 24, 221.
4. Sikora R. (red.): „Przetwórstwo tworzyw polimerowych, podstawy logiczne, formalne
i terminologiczne”, Politechnika Lubelska, Lublin 2006.
5. Błędzki A.K., Gassan J.: Technical composites reinforced with natural fibres. Polimery i
Kompozyty Kontrukcyjne, Ustroń, 1998, 1.
6. Błędzki A.K., Gassan J.: Prog. Polym. Sci., 1999, 24, 221.
33
7. Błędzki A.K. Sperber V.E., Faruk O.: „Natural and Wood Fibre Reinforcement in
Polymers”, Rapra Review Reports 13, 2002, 8, Report 152.
8. Boczkowska A., Kapuściński J., Lindemann Z., Witemberg-Perzyk D., Wojciechowski S.:
„Kompozyty” Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2003.
9. Błędzki K., Jaszkiewicz A.: Polimery 2008, 53, 7-8, 564.
10. Kaczmar J. W., Pach J., Kozłowski R.: Polimery 2006, 51, 10, 722.
11. Ryszkowska J., Sałasińska K.: Polimery 2010, 55, 10, 740.
12. Braszczyńska-Malik K.N., Pędzich Z., Pietrzak K., Rosłaniec Z., Sterzyński T., Szweycer
M.: Kompozyty (Composites), 5, 2005, 1, 19.
13. Klyosov A.A.: „Wood-plastic composites”, John Wiley&Sons, Inc., New Jersey, 2007.
14. Liber-Kneć A., Kuciel S., Dziadur W.: Polimery 2006, 51, 7-8, 571.
15. Kuciel S., Liber A.: Polimery 2005, 50, 6, 436.
16. Kaczmarek H., Zielińska A., Sionkowski G., Bajer K., Stasiek A., Dzwonkowski J.:
Polimery 2008, 53, 1, 60.
17. Czaja K.: „Poliolefiny”, WNT, Warszawa 2005.
18. Crez P.: The international conference and exhibition for the wood-plastic composites
industry, 14-16 października 2008 Austria (organized by Applied Market Information
Ltd.).
19. Misterek B.: sprawozdanie z targów w Düsseldorfie. Tworzywa Sztuczne na 17.
Międzynarodowych Targach Tworzyw Sztucznych i Kauczuku „K2007” – cz. 1.
Düsseldorf 24-31 października 2007 r., Polimery 2008, 53, 3, 234.
20. Kuciel S.: „Odzysk i recykling materiałów polimerowych”, red. Kijeński J., Błędzki A.K.,
Jeziórska R., Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2011, s. 302.
21. Bledzki A.K., Sperber V.E.: „Wood and Natural Fibre Composites”, Scientific
Presentations 1999-2005, PPH ZAPOL Dmochowski, Sobczyk, Sp. J., Szczecin, 2005.
22. Bledzki A.K., Gassan J., Theis S.: Mech. Compos. Mater., 1998, 34:563-568.
23. Zaini M.J. i in.: Polym. Int., 1996, 49, 51.
24. Obłój-Muzaj M., Świerz-Motysia., Szabłowska B.: „Polichlorek winylu”, WNT,
Warszawa 1997.
25. Piszczek K., Tomaszewska J., Sterzyński T.: Polimery 2010, 55, 2, 106.
26. Piszczek K.: Polimery 2005, 50, 6, 441.
27. Piszczek K.: Polimery 2005, 50, 10, 765.
34
28. Tomaszewska J.: Polimery 2006, 51, 1, 42.
29. Specht K.: „Holz-und hanffaserverstärktes Polypropylen in der
Spritzgießverarbeitung” Dissertation, Herausgeber: Lehrstuhl Kunststoff-und
Recyclingtechnik Prof. Dr. Habil. Ing. Dr. h. c Andrzej K. Bledzki Universität Kassel.
30. Doczekalska B.: „Badania nad modyfikacją drewna w aspekcie jego wykorzystania
jako napełniacza polipropylenu”. Rozprawy naukowe 416, Wydawnictwo
Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu, Poznań 2010.
31. Florjańczyk Z., Dębowski M., Chwojnowska E., Łokaj K., Ostrowska J.: Polimery 2009,
54, 10, 691.
32. Borysiak S.: Jednotematyczny cykl publikacji stanowiący osiągnięcia naukowe
zgłoszone do postępowania habilitacyjnego. Załącznik 1, Politechnika Poznańska,
Wydział Technologii Chemicznej, Poznań 2012.
33. Kaczmar J. W., Pach J., Burgstaller C.: Polimery 2011, 56, 11/12, 817.
34. Żenkiewicz M.: Polimery 2008, 53, 1, 3.
35. Brzeziński S., Żenkiewicz M., Połowiński S., Kowalczyk D., Karbownik I., Lutomirski S.,
Malinowska G.: Polimery 2009, 54, 7-8, 552.
36. Żenkiewicz M.: Polimery 2005, 50, 1, 4.
37. Jefanow M.W., Pierszina Ł.A., Klepikow A.G.: Płast. Masy. 2000, 7, 41.
38. Garbarczyk J., Paukszta D., Borysiak S.: Przemysł Chemiczny, 2006, 85, 8-9, 910.
39. Steller R., Meissner W.: Polimery 2002, 47, 5, 332.
40. Bledzki A. K., Faruk O., Mamun A.A.: Polimery 2008, 53, 2, 120.
41. Kloziński A., Sterzyński T.: Polimery 2007, 52, 7-8, 583.
42. Jakubowska P., Sterzyński T., Samujło B.: Polimery 2010, 55, 5, 379.
43. Kruszelnicka I., Sterzyński T.: Polimery 2005, 50, 5, 358.
44. Żenkiewicz M.: Polimery 2006, 51, 7-8, 584.
45. Żenkiewicz M.: Polimery 2007, 52, 10, 760.
46. Dzięgielewski S., Kuberka A.: Roczniki Akademii Rolniczej w Poznaniu, 2003, CCCLI,
67.
47. Dzięgielewski S., Kuberka A.: Annals of Warsaw Agricultural University. Forestry and
Wood Technology Special Number 2004, 55, 164.
48. Cichy W.: Biuletyn OBR w Czarnej Wodzie 1-2, 2008.
49. Filipczak J., Królikowski R.: Przemysł Drzewny, 1995, 3, 29-31.
35
50. Jeziórska R., Zielecka M., Szadkowska A., Wenda M., Tokarz L.: Polimery 2012, 57, 3,
192.
51. Zielecka M.: Polimery 2011, 56, 10, 765.
52. Sionkowski G., Kaczmarek H.: Polimery 2010, 55, 7-8, 545.
53. Gilbert M.: I. M. S. – Rev. Macromal. Chem. Phys. 1994, C 34, 77.
54. Allsopp M.W.: „Manufacture and processing of PVC”, (Ed. Burgess R.H.), Applied
Science Publishers Ltd., London 1982.
55. Guzeew W.W.: „Struktura i swojstwa napołnienowo PWH”, NOT, Naucznyje Osnowy i
Technołogii, Sankt-Peterburg, 2012.
56. Szeryszew M.A., Tichonow N.N.: „Proizwodstwo profilnych izdielij iz PWH”, NOT,
Naucznyje Osnowy i Technołogii, Sankt-Peterburg 2009.
57. Grossman R.F.: „Rukawodstwo po razrabotkie kompozycij na osnowie PWH”, NOT,
Naucznyje Osnowy i Technołogii, Sankt-Peterburg 2009.
58. Braun D.: J. Vinyl Add. Technol. 2001, 7, (4), 168.
59. Zawilski R., Szostak M.: Przetwórstwo Tworzyw 3 (maj-czerwiec) (153) 2013, 292.
60. Bociąga E., Jaruga T.: Polimery 2009, 54, 9, 654.
61. Bociąga E.: „Procesy determinujące przepływ tworzywa w formie wtryskowej i jego
efektywność”. 4 seria, monografie nr 82, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej,
Częstochowa 2001.
62. Schramm G.: Reologia. Podstawy i zastosowania, Ośrodek Wydawnictw Naukowych,
PAN, Poznań 1998.
63. Bieliński M., Burzyński P.: Polimery 2004, 49, 4, 275.
64. Sikora J. W.: Polimery 2006, 51, 4, 285.
Dorobek naukowy i technologiczny
Mój dorobek naukowy obejmuje 186 publikacji (w tym 12 publikacji w czasopismach
znajdujących się na liście filadelfijskiej) i wystąpień konferencyjnych. Oprócz tego w jego
zakres wchodzi 1 patent i 10 zgłoszeń patentowych. W dorobku tym znajduje się 113
publikacji, 5 zgłoszeń patentowych i 9 rozdziałów dotyczących WPC.
Wartość łącznego współczynnika oddziaływania dla moich publikacji znajdujących się
na liście filadelfijskiej obliczonego na podstawie danych Journal Citation Reports wynosi
5,816. Moje prace były cytowane 34 razy.
36
Index Hirscha opublikowanych przeze mnie prac wg bazy Web of Science wynosi 3.
WYSZCZEGÓLNIENIE Przed obroną pracy doktorskiej
Po obronie pracy doktorskiej
RAZEM
Prace opublikowane:
Publikacje w czasopismach
krajowych 1 61 62
z tzw. „listy filadelfijskiej”
- 12 12
Streszczenia w materiałach konferencji
krajowych 3 60 63
zagranicznych - 22 22
Rozdziały w książkach - 9 9
Publikacje w pracach zbiorowych 4 14 18
RAZEM: 8 178 186
Udział w pracach naukowo-badawczych współfinansowanych ze środków Unii Europejskiej (UE), projektach KBN i MNiSW oraz badaniach statutowych (BS) i własnych (BW):
Udział w projektach
UE - 2 2
KBN/MNiSW - 5 5
RAZEM: - 7 7
Czynny udział w konferencjach
krajowych 7 71 78
zagranicznych - 14 14
RAZEM: 7 85 92
Prace naukowo-badawcze stosowane, ekspertyzy, recenzje
Patenty 1 - 1
Zgłoszenia patentowe - 10 10
Prace naukowo-badawcze 8 24 32
RAZEM: 9 34 43
Recenzje książek - 2 2
Recenzje artykułów naukowych - 11 11
Prace dyplomowe inżynierskie i magisterskie - promotor
- 185 185
Recenzje prac dyplomowych magisterskich i inżynierskich
- 170 170
37
V. Omówienie pozostałych osiągnięć naukowo-badawczych
VA. Badania naukowe prowadzone do chwili uzyskania stopnia naukowego doktora
Po ukończeniu studiów w 1969 r. rozpocząłem pracę w Zakładzie Technologii
Polimerów, Wyższej Szkoły Inżynierskiej w Bydgoszczy, przekształconej następnie w
Akademię Techniczno-Rolniczą, a obecnie w Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im. J.
J. Śniadeckich – najpierw jako asystent, w latach 1977-2009 jako adiunkt, w latach 2009-
2012 – docent, a od 2012 r. – starszy wykładowca.
Moje zainteresowania naukowe koncentrowały się na poli(chlorku winylu) (PVC) (w
przemyśle występowało wówczas szereg problemów związanych z polimeryzacją chlorku
winylu metodą suspensyjną), na otrzymywaniu suchych mieszanek (tzw. dry blendu PVC-S),
ich żelowaniu, wytłaczaniu, granulowaniu oraz przetwórstwie na wyroby gotowe.
We współpracy z Z.A. w Tarnowie, jedynym wówczas producentem poli(chlorku
winylu) suspensyjnego (PVC-S) oraz Z.Ch. Zachem w Bydgoszczy, największym przetwórcą
PVC i producentem granulatów, zwłaszcza dla przemysłu kablowego, prowadziłem badania
dotyczące przyczyn występowania częstych wad związanych ze strukturą ziaren PVC. Prace te
dotyczyły doboru rodzaju, ilości i jakości środków pomocniczych oraz napełniaczy do
wytwarzania granulatów, a także wpływu parametrów przetwórstwa na jakość granulatów i
otrzymywanych z nich wyrobów. Ważnym zagadnieniem dla zakładów przetwarzających PVC
było opracowanie odpowiednich składów mieszanek do wytwarzania granulatów,
przeznaczonych do produkcji konkretnych wyrobów oraz możliwość szybkiego
wprowadzania zamienników środków pomocniczych. Aby zrealizować te cele istotne było
opracowanie metody umożliwiającej precyzyjne i szybkie ustalanie składów mieszanek,
spełniających wymagania jak największej liczby różnych, stosowanych wówczas granulatów
do wytwarzania materiałów zarówno izolacyjnych, jak i oponowych. Uczestniczyłem w
rozwiązywaniu tego problemu, z zastosowaniem metody planowanego eksperymentu na
trójkątnych diagramach. Rozwiązanie to wdrożono w przemyśle.
Podczas stażu w Z.A. w Tarnowie (w 1976 r.) zapoznałem się z procesem polimeryzacji
chlorku winylu, ze szczególnym uwzględnieniem mechanizmu powstawania ziaren PVC i jego
wpływu na ich końcową, zróżnicowaną strukturę. Szczególnie istotnym problemem w
produkcji było powstawanie tzw. „ziaren szklistych”. Podjąłem się wyjaśnienia przyczyn i
38
mechanizmów powstawania tych ziaren, zwłaszcza że dostępna wówczas literatura
przedmiotu była nieliczna i nie wyjaśniała wystarczająco problemu. Mając możliwość
pobierania suspensji bezpośrednio z autoklawu po różnych etapach polimeryzacji,
otrzymałem frakcje ziarnowe znacznie różniące się od siebie strukturą. Porównałem je z
ziarnami partii poli(chlorku winylu) (PVC-B) otrzymanego metodą polimeryzacji blokowej
(produkcji francuskiej), które charakteryzuje jednorodna, porowata struktura występująca w
całej ich objętości. Składają się one wyłącznie z agregatów cząstek pierwotnych. Jest to
modelowa struktura, dzięki której podczas żelowania PVC nie występują problemy,
spowodowane obecnością tzw. „rybich oczek”, jak ma to miejsce w przypadku PVC-S.
Struktura tych ziaren w różnym stopniu jest zbliżona do ziaren PVC-B. Stwierdziłem, że ziarna
PVC-S wykazują podobną strukturę jak ziarna PVC-B do stopnia polimeryzacji ok. 60%. Dalsza
polimeryzacja, zależna od wielu czynników, prowadzi do powstania ziaren mniej lub bardziej
monolitycznych, aż do wystąpienia „szklistych kulek”. Te ostatnie dyskwalifikują wyroby
zwłaszcza plastyfikowane.
Podczas stażu w Wyższej Szkole Inżynierskiej w Koszalinie (w 1977 r.), dysponując
materiałem w postaci różnych typów i frakcji ziarnowych PVC, przeprowadziłem serię
obserwacji struktur ziaren i plastyfikatów za pomocą skaningowego mikroskopu
elektronowego (SEM). Wyniki tych badań ująłem w pracy doktorskiej.
Konsekwencją mojego udziału w projektach badawczych dotyczących PVC była
tematyka pracy doktorskiej pt.: „Wpływ charakteru ziaren poli(chlorku winylu) na
właściwości reologiczne i strukturę morfologiczną plastyfikatów”.
Przedstawiłem w niej wyniki badań nad plastyfikowanym PVC (PVC-P), wyniki analizy
struktury ziaren PVC, zależności pomiędzy właściwościami przetwórczymi,
fizykomechanicznymi i reologią plastyfikatów, a także wyniki badań pęcznienia ziaren w
plastyfikatorze, które są jednym z testów określania ich struktury. Ważnym fragmentem
mojej pracy doktorskiej było opracowanie ilościowej metody oceny stopnia zżelowania PVC
za pomocą plastometru kapilarnego. Zaobserwowałem, że plastyfikowany PVC wykazuje
znaczne różnice w płynięciu (różny wskaźnik szybkości płynięcia) zależnie od parametrów
przetwórstwa.
39
VB. Badania naukowe prowadzone po uzyskaniu stopnia naukowego doktora, nie
uwzględnione we wniosku o wszczęcie postępowania habilitacyjnego
Po obronie doktoratu rozszerzyłem prowadzone wcześniej prace o badania
plastografometryczne i strukturalne ziaren oraz plastyfikowanego poli(chlorku winylu) (PVC-
P), a także ich właściwości mechanicznych i reologicznych. Opublikowałem (jako współautor)
w czasopiśmie Polimery serię artykułów dotyczących wpływu charakteru ziaren na
plastyfikację i właściwości PVC-P i kopolimerów chlorku winylu z octanem winylu [13, 16-20].
Jednocześnie rozwijałem, zaproponowaną przeze mnie wcześniej, metodę oceny
stopnia zżelowania PVC na podstawie danych z pomiarów masowego wskaźnika szybkości
płynięcia. Badałem poli(chlorek winylu) zarówno plastyfikowany, jak i nie zawierający
plastyfikatorów. Zastosowanie tej metody pozwalało na ilościową ocenę stopnia zżelowania,
w odróżnieniu od innych metod polegających na subiektywnej, jakościowej ocenie
zachodzących zmian. Cenne uzupełnienie badań plastometrycznych stanowiły badania z
zastosowaniem SEM, które umożliwiły dokładną ocenę i interpretację zachodzących zjawisk.
Niestety norma dotycząca badania MFR obejmowała badania termoplastów pomijając i nie
precyzując tego pomiaru w przypadku PVC. Zaproponowałem pomiar wartości MFR dla PVC-
P w temperaturze znacznie niższej (ustalonej dla danego składu mieszanki) od temperatury
przetwórstwa i pod znacznie większym obciążeniem (40 kg) niż dopuszczalne normą dla
tworzyw polimerowych. Dzięki tej nowej metodzie można oceniać wpływ poszczególnych
parametrów przetwórstwa, w tym trudnych do zmierzenia w urządzeniu produkcyjnym,
takich jak: naprężenie ścinające, szybkość ścinania oraz rzeczywista temperatura masy, na
stopień zżelowania PVC-P, a w konsekwencji na jakość otrzymanego granulatu lub gotowego
wyrobu. Można też ocenić wpływ konstrukcji układu uplastyczniającego, ciśnienia
panującego w cylindrze (zwłaszcza przed wejściem do głowicy), a nawet stopień zużycia
poszczególnych elementów maszyny przetwórczej na stopień zżelowania plastyfikatu.
Drugim ważnym osiągnięciem na tym etapie mojej pracy było wyjaśnienie przyczyn
powstawania wad w postaci tzw. „rybich oczek”, dyskwalifikujących wyroby cienkościenne
typu: folia, tapeta, izolacje kablowe itp.; dotyczyło to zwłaszcza wyrobów z PVC-P.
Wyjaśniłem też mechanizm powstawania ziaren suspensyjnego poli(chlorku winylu),
włącznie z ziarnami „szklistymi”. Dostępna wówczas literatura światowa nie przedstawiała
wyników badań w ww. zakresie. Rezultaty moich powyższych prac zostały wykorzystane w
40
przemyśle polskim i niemieckim przy opracowywaniu technologii przetwarzania poli(chlorku
winylu).
Wnioski i korzyści aplikacyjne płynące z dotychczasowych badań były następujące:
1. poprawa niektórych parametrów procesu polimeryzacji w celu zminimalizowania
możliwości powstania ziaren „szklistych”,
2. opracowanie metody zapobiegającej wprowadzeniu wadliwej partii polimeru do
produkcji granulatów,
3. wykazanie, że na żelowanie PVC wpływa nie tylko ciepło (temperatura), szybkość
ścinania i czas, ale przede wszystkim naprężenie ścinające.
W latach 1979−1980 przebywałem na stypendium w Instytucie Przetwórstwa Tworzyw
(IKV) Politechniki w Aachen w Niemczech, gdzie rozwijano wówczas badania nad strukturą
nieplastyfikowanego PVC. Materiał ten stosowano do wytwarzania wyrobów wytłaczanych,
głównie rur i profili okiennych. Instytut w Aachen podejmował wówczas współpracę z
producentami tych wyrobów.
Moje zainteresowania naukowe i uzyskane wcześniej wyniki wpisywały się
w powyższą tematykę. Prace wykonywane przeze mnie podczas stażu w IKV koncentrowały
się na badaniach wpływu parametrów wytłaczania (żelowania) na udarność, właściwości przy
statycznym rozciąganiu oraz odporność rur na działanie długotrwałego ciśnienia
wewnętrznego, również w obecności środków spęczniających. Zastosowanie opracowanej
przeze mnie metody pozwalało w szybki i prosty sposób określać wpływ parametrów
przetwórstwa na jakość wytworu. Producentom PVC metoda ta umożliwiała ocenę jakości
otrzymanego tworzywa polimerowego, uwzględniając strukturę ziarna i stopień jej
zróżnicowania. Dzięki temu można było uniknąć wprowadzenia do dalszego przetwórstwa
surowca nie odpowiadającego wymaganiom. Producentom granulatu metoda ta umożliwiała
ponadto ustalenie odpowiednich parametrów przetwórstwa dla danego typu ziaren i składu
mieszanki. Zbyt niska temperatura przetwarzanej mieszanki poza nadmiernym obciążeniem
układu uplastyczniającego mogła, np. doprowadzić do uszkodzenia lub wypchnięcia sita w
głowicy granulującej, co wiązało się z jego kosztowną naprawą. Natomiast zbyt wysoka
temperatura tworzywa podczas wytłaczania i granulowania powodowała wysoki stopień
zżelowania co w konsekwencji stwarzało problemy producentom gotowych wyrobów.
41
Poza właściwościami przetwórczymi, stopień zżelowania oceniany zaproponowaną
metodą decyduje o jakości gotowego wyrobu. Dotyczy to zarówno właściwości
mechanicznych, odporności na działanie olejów, smarów i benzyn, jak i gęstości, udarności,
itp. Właściwy stopień zżelowania determinuje przy tym odpowiednie rozprowadzenie
środków pomocniczych i napełniaczy co wpływa na właściwości wyrobu. Stabilność
termiczna, bardzo istotna w przypadku PVC, zależy od ilości i rodzaju stabilizatorów, jest
również zależna od stopnia ich rozdrobnienia i właściwego, jednorodnego rozprowadzenia w
całej objętości materiału.
Wcześniej wykazałem możliwość wystąpienia różnorodnej struktury ziaren
w jednej szarży PVC. Jeśli są one częściowo lub całkowicie monolityczne (nazywane
„szklistymi”), bardzo trudno ulegają rozdrobnieniu i plastyfikacji. Stabilizator, wprowadzony
do mieszaniny zawierającej takie ziarna, znajduje się jedynie na ich powierzchni, a zatem
jego działanie jest niewystarczające. Ponadto pod wpływem ciepła w tego typu trwałych
mechanicznie ziarnach zachodzi bardzo niekorzystna degradacja makrocząsteczek polimeru.
Oznaczając stopień zżelowania można zatem ocenić nie tylko efektywność plastyfikacji,
wpływ poszczególnych środków pomocniczych, ale również efektywność działania układu
stabilizującego [22, 122].
Prowadzone prace i płynące z nich wnioski dotyczyły głównie PVC-P. Ich tematyka była
bowiem związana z profilem produkcji zakładów, z którymi wówczas współpracowałem.
Założyłem, że opracowana przeze mnie metoda oceny stopnia zżelowania może być
również wykorzystana w przypadku nieplastyfikowanego poli(chlorku winylu) (PVC-U).
Rozpocząłem badania na mieszankach własnych i otrzymanych z zakładów przemysłowych.
Badałem wpływ geometrii urządzeń przetwórczych i parametrów przetwórstwa na
właściwości wytłoczonego materiału oraz na strukturę i właściwości wyrobów. Do oceny
cech PVC wykorzystałem, m.in. plastometr obciążnikowy i metodę skaningowej mikroskopii
elektronowej. Wyniki moich prac dotyczące metody oceny stopnia zżelowania za pomocą
plastometru obciążnikowego dla plastyfikowanego PVC zostały przedstawione w mojej pracy
doktorskiej. W czasie pobytu w IKV RWTH metodę tę rozszerzyłem na nieplastyfikowany
PVC. Pierwsze wyniki zostały przedstawione w referacie prof. Mengesa na
Kunststoffkolloqium w roku 1980, a następnie opublikowane wspólnie z J. Pareyem [21].
Chcę podkreślić, że już wówczas interesowałem się mieszankami PVC niezawierającymi
stabilizatorów na bazie ołowiu. W tym sensie część moich prac wyprzedzała trend, który
42
pojawił się dopiero pod koniec lat 90., dotyczący wycofania z produkcji takich stabilizatorów
ze względu na szkodliwość ołowiu.
Mój pobyt w Niemczech był planowany na jeden rok. Wyniki mojej pracy były na tyle
interesujące, że na wniosek prof. Mengesa polskie władze zgodziły się na jego przedłużenie o
kolejny rok. W efekcie ukazało się kilka opracowań, których jestem współautorem, w
materiałach IKV RWTH [99-102].
Wynikami moich badań zainteresowana była firma Brabender OHG z Duisburga oraz
przedstawiciele firmy GÖTTFERT. Część tych wyników została przez te firmy wykorzystana.
Istota pomiaru MFR zastosowanego do oceny stopnia zżelowania wiąże się ze znanym
zjawiskiem rozpadu ziaren wyjściowych PVC, a następnie stopniowego stapiania ziaren
pierwotnych. Ziarna te lub ich aglomeraty stanowiące początkowo podstawowe jednostki
płynięcia, ulegają odkształceniom sprężystym, a po osiągnięciu odpowiedniej temperatury
(185-187oC) następuje ich stapianie. Pod wpływem naprężeń ścinających następuje
jednocześnie homogenizacja wsadu. Tego typu struktura obserwowana w mikroskopie
elektronowym jest zbliżona do struktury tworzyw bezpostaciowych. Jej ujednorodnienie
odbywa się etapami − nie wszystkie ziarna pierwotne w jednakowym stopniu ulegają
zżelowaniu.
Drugą charakterystyczną temperaturą dla nieplastyfikowanego PVC jest 200-202oC. W
tej temperaturze żelowanie przebiega zdecydowanie szybciej, a temperatura masy nie
przekracza nastawionej temperatury urządzenia przetwórczego. Przełomy plastyfikatu
otrzymanego w temperaturze powyżej 200oC wskazują na obecność materiału wyłącznie o
strukturze nieuporządkowanej, nazywanej bezpostaciową. Na powierzchni przełomów
obserwowanych za pomocą SEM nie zauważono ziaren pierwotnych. Zwykle plastyfikaty o
takiej strukturze mają zdecydowanie zmniejszoną udarność, a także gorsze pozostałe
właściwości mechaniczne. Zastosowałem dwie metody preparatyki przełomów
plastyfikatów: metodę precyzyjnego polerowania zgładów oraz przełomów w ciekłym azocie.
W obu przypadkach uzyskane powierzchnie poddawałem trawieniu jonowemu, a następnie
obserwacjom za pomocą SEM. Ten sposób przygotowywania próbek umożliwił wykazanie
istnienia w materiale, uznawanym za bezpostaciowy, wyraźnych form kulistych o wielkości
ok. 0,5 µm świadczących o zachowaniu w plastyfikacie ziaren pierwotnych.
Badając wytłoczyny otrzymane w temperaturze do ok. 190oC stwierdziłem również, że
ich struktura jest wielowarstwowa. Obserwacje powierzchni przekroju wytłoczyn (po
43
odpowiednim przygotowaniu, np. trawieniu w NaOH) w mikroskopie optycznym, przy
niewielkim powiększeniu, wykazują obecność obszarów o różnym stopniu zżelowania,
ułożonych spiralnie zgodnie z kierunkiem obrotów ślimaka. Powyższa struktura występuje
we wszystkich wytworach otrzymanych metodą wytłaczania. Szczególnie widoczna jest w
przypadku mieszanin zawierających kopolimer etylen/octan winylu (EVAC), stosowany jako
modyfikator udarności. Wielowarstwową strukturę potwierdziłem w tym przypadku
prowadząc obserwacje na zgładach wytłoczyn poddanych działaniu NaOH oraz analizując
wyniki dotyczące struktury próbek poddanych działaniu OsO4. Tlenek ten wchodzi w reakcję z
podwójnymi wiązaniami występującymi w EVAC dając kontrast widoczny w obserwacjach
SEM, a jednocześnie wnika w wolne przestrzenie pomiędzy ziarnami pierwotnymi
uwydatniając strukturę PVC. Próbki tego typu, po wykonaniu z nich ultraścinków,
obserwowałem również z dobrym skutkiem metodą transmisyjnej mikroskopii elektronowej
(TEM). Wykonałem także próby zastosowania DSC do badań stopnia zżelowania. Wykazałem,
że metoda ta – w odróżnieniu od opracowanej metody plastometrycznej – nie odzwierciedla
właściwości całej próbki. Jej wynik zależał od miejsca (warstwy wytłoczyny), z którego
pobrałem materiał do badań; ta sama wytłoczyna wykazywała stopień zżelowania (określony
za pomocą DSC) od ok. 40 do 100%.
Badania z wykorzystaniem plastometru kapilarnego do oznaczania stopnia zżelowania
PVC rozszerzyłem o pomiary z zastosowaniem reometru kapilarnego, plastografometru
Brabendera oraz ekstruzjografometru Brabendera. Wyniki badań przeprowadzonych za
pomocą tych urządzeń, wykazały bardzo dobrą zbieżność z oceną wpływu parametrów
przetwórstwa na stopień zżelowania i właściwości wytworów z PVC, otrzymywanych
zarówno metodą wytłaczania, jak i wtryskiwania [3, 26, 119, 132].
Wnioski aplikacyjne z przeprowadzonych przeze mnie badań dotyczą możliwości
oceny różnorodnych zmian zachodzących w mieszance PVC podczas żelowania, z
uwzględnieniem charakterystyki przetwórczej konkretnego urządzenia. Przejściu mieszanki
ze stanu lepkosprężystego w stan lepkopłynny towarzyszy wiele zjawisk, z których część
opisałem wykorzystując wyniki badań uzyskane metodami SEM i TEM, a następnie
powiązałem z właściwościami reologicznymi ocenianymi w procesie przetwórstwa.
Uzyskałem w ten sposób możliwość ilościowej oceny stopnia zżelowania w powiązaniu z
właściwościami mechanicznymi. Na podstawie otrzymanych wyników ustaliłem odpowiednie
parametry przetwórstwa w celu uzyskania materiału o wymaganych właściwościach.
44
W latach 1981-1999 kontynuowałem prace dotyczące PVC-U rozpoczęte w IKV. Wraz z
moimi współpracownikami z Zakładu Przetwórstwa Tworzyw Wydziału Technologii i
Inżynierii Chemicznej ATR w Bydgoszczy nawiązałem współpracę z Zakładami Tworzyw
Sztucznych „Gamrat” w Jaśle i Zakładami Erg w Wąbrzeźnie, a następnie z Anwil SA we
Włocławku. Jednocześnie założyłem wówczas, w ramach spółki cywilnej, zakład
przetwórstwa tworzyw.
W ciągu następnych 20 lat współuczestniczyłem w uruchomieniu trzech kolejnych firm
zajmujących się przetwórstwem tworzyw, zarówno metodami wytłaczania, jak i
wtryskiwania. Konkretna produkcja, praktyczne rozwiązywanie codziennych problemów
rozszerzało moją wiedzę dotyczącą przetwórstwa tworzyw metodami wytłaczania i
wtryskiwania.
W 1999 roku zainteresowałem się kompozytami na osnowie tworzyw
polichlorowinylowych oraz poliolefinowych, zawierających znaczne ilości napełniaczy
pochodzenia roślinnego, w tym mączki drzewnej. Rok 2000 stanowił przełom w badaniach,
które kontynuuję do chwili obecnej.
Przeprowadziłem również szereg innych badań dotyczących np. zagospodarowania
odpadów gumowych, we współpracy z Zakładami Przemysłu Gumowego „Stomil” w
Bydgoszczy. Uzyskałem pozytywne wyniki w efekcie wprowadzenia granulowanych odpadów
gumowych do mieszanek gumowych otrzymanych z kauczuku butadienowo-styrenowego
KER 1500. Duża wartość elastyczności Schoba oraz niewielki wzrost odkształcenia trwałego
wskazały, że wulkanizaty zawierające odpady gumowe są dobrym materiałem tłumiąco-
amortyzującym, który może być stosowany w matach wyciszających lub podkładach
barierowych [138, 141].
Z równie dobrym skutkiem prowadziłem jako współautor badania mieszanin
zawierających polietylen oraz polietylenowe folie z poliuretanową warstwą klejową [139], a
także mieszanin sztywnych pianek poliuretanowych z polietylenem [146, 151]. W ramach
tych prac wykonałem badania współmieszalności PE-LD i PE-HD pod kątem możliwości
produkcji z takich mieszanin kopyt obuwniczych [150]. Wyniki badań zostały wdrożone w
Zakładach Pracy Chronionej „System” sp. z o.o. w Gnieźnie.
W wyniku badań wytłaczania mieszanin zawierających przemiał gumowy i odpadowy
polipropylen opracowałem technologię otrzymywania porowatych węży o długości do 50 mb
[143]. Mieszaniny charakteryzowały się dobrymi właściwościami przetwórczymi i
45
mechanicznymi. Gotowe wyroby zapewniały równomierny wypływ wody. Taka technologia
jest obecnie stosowana do produkcji drenaży oraz układów nawadniających, zwłaszcza w
krajach ubogich w wodę.
Wśród licznych prac badawczych, w których uczestniczyłem na uwagę zasługują:
– badania kompozytów z żywic poliestrowych AROPOL M 105 TA oraz żywicy
ENVIREZ 8600 TA otrzymanych z biokompozytu glikolu Bio-TDO pochodzenia roślinnego.
Stosując jako wzmocnienie maty szklane z włókna ciętego CSM oraz tkaninę lnianą o splocie
krzyżowym Biotex Flex 2x2 Twill 90 produkcji Composites Evolution Ltd., wykonałem
laminaty, których właściwości zostały zbadane w naszej uczelni oraz w jednym z
laboratoriów w USA. Zastosowanie ww. żywicy oraz wzmocnienia z włókien naturalnych,
pozwoliło na uzyskanie laminatów zawierających ok. 50% sumarycznej zawartości
materiałów pochodzących ze źródeł odnawialnych. Wyniki powyższej pracy zostały
przedstawione na Międzynarodowej Konferencji Naukowo-Technicznej „Problemy
Recyklingu 2011” oraz zostały opracowane i przygotowane do publikacji w czasopiśmie
„Polimery” [174].
– optymalizacja składu kompozytów wchodzących w skład folii tłumiącej drgania
karoserii samochodowej.
Jednym z najważniejszych aspektów wpływających na komfort i bezpieczeństwo jazdy jest
głośność samochodu. Redukcja poziomu głośności jest zadaniem realizowanym, m. in. za
pomocą stosowanych w przemyśle motoryzacyjnym materiałów wyciszających, których
głównym składnikiem są kompozyty polimerowe.
Część badawcza pracy została wykonana w Laboratorium Postępu i Rozwoju firmy Faist
ChemTec GmbH we Frankfurcie nad Menem. Przeprowadzono optymalizację składu
kompozytu zawierającego 11 składników. Dzięki zastosowaniu sprawdzonego we
wcześniejszych naszych badaniach programu obliczeniowego, bazującego na analizie regresji
możliwe było wyznaczenie równań zawierających do 10 zmiennych włącznie. W efekcie
przeprowadzonych badań otrzymano w warunkach przemysłowych partię kompozytu
spełniającego wszystkie wymagania, dotyczące m.in. wysokotemperaturowej stabilności
adhezji i stabilności termicznej (do 250oC), współczynnika strat mechanicznych w 20oC i 30oC,
siły adhezyjnej, właściwości fizykomechanicznych, zawartości substancji lotnych, szczelności,
wypełzania poza krawędź cięcia oraz kilku innych właściwości związanych z cyklem
produkcyjnym i eksploatacją samochodu [175]. Fragment powyższych badań stanowił temat
46
pracy magisterskiej wykonanej pod moim kierunkiem i nagrodzonej II miejscem w
ogólnopolskiej edycji konkursu SITPChem na najlepszą pracę z obszaru chemii w 2012 roku.
– utylizacja poeksploatacyjnych łopat wirników elektrowni wiatrowych, które
zgodnie z PN-EN 61400 powinny być wycofane z użytku po 20-25 latach eksploatacji, stanowi
obecnie jeden z głównych problemów ekologicznych m.in. w krajach skandynawskich.
Utylizacja łopat zbudowanych z materiałów kompozytowych (GFRP) na bazie żywic
poliestrowych lub epoksydowych polega głównie na ich spalaniu z odzyskiem energii, po
czym pozostaje trudny do zagospodarowania odpad w postaci włókien szklanych. W wyniku
badań, w których uczestniczyłem, wykazaliśmy, że zawartość apretury węglowej w postaci
depozytu na powierzchni włókna szklanego przyczynia się do zwiększenia adhezji pomiędzy
tą powierzchnią a osnową poliolefinową. Zatem przetwórstwo kompozytów z
wykorzystaniem odpadów włókna szklanego (odpowiednio spreparowanego) z osnową
poliolefinową może być właściwym rozwiązaniem wspomnianego problemu. Na podstawie
przedstawionej metody spójnego zagospodarowania odpadów z pirolizy łopat wirników
elektrowni wiatrowych opracowaliśmy cztery zgłoszenia patentowe: P.403315, P.403316,
P.403317 i P.403318. Część powyższych badań wykonano w ramach pracy dyplomowej,
która została zakwalifikowana w tym roku do konkursu SITPChem.
Duże nadzieje wiążemy ze współpracą zainicjowaną przeze mnie przed trzema laty na
Targach WIPRO w Bydgoszczy pomiędzy Instytutem Biopolimerów i Włókien Chemicznych w
Łodzi a moją uczelnią. Badania dotyczą tworzyw polimerowych o obniżonej palności poprzez
zastosowanie napełniacza w postaci piór drobiowych w tworzywach polimerowych. Pierwszy
etap prac podsumowaliśmy m. in. zgłoszeniem patentowym (P.403003). Rozwiązanie to
prezentowane było na 112. Międzynarodowych Targach Wynalazczości CONCOURS-LEPINE
2013 w Paryżu, gdzie uzyskało złoty medal. Prowadzone są w tej chwili rozmowy z
przedstawicielem zagranicznym odnośnie zakupu licencji. Obecnie kontynuujemy prace nad
tymi kompozytami.
Zajmowałem się również opracowywaniem konstrukcji narzędzi i urządzeń oraz
częściowym ich wykonawstwem i wyposażeniem istniejącego w UTP parku maszynowego w
dodatkowe elementy niezwiązane z WPC (spis urządzeń w Załączniku 3).