Załącznik 1 Autoreferat w j. polskim

Transkrypt

1 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: r. Ocena pracy dyplomowej: bardzo dobry, ocena egzaminu dyplomowego: bardzo dobry, nr dyplomu 1860, data wydania: r. 2. Praca doktorska: Wpływ charakteru ziaren poli(chlorku winylu) na właściwości reologiczne i strukturę morfologiczną plastyfikatów, obrona w dniu , 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: asystent starszy asystent 2

3 adiunkt docent 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, 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, 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, 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, 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. 3

4 H2. Zajchowski S. (34%), Piszczek K., Tomaszewska J.: Żelowanie nieplastyfikowanego poli(chlorku winylu) w procesie przetwórstwa. Polimery 2001, 46, 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, 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, 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, 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, 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, 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, Współopracowałem koncepcję badań, wykonałem mieszaniny kompozytów polimerowodrzewnych 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 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, Brałem udział w opracowaniu i redagowaniu fragmentu tekstu. 4

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, 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, 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, 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, Weryfikowałem materiały źródłowe i współredagowałem tekst. H4. Rudawska A., Zajchowski S. (30%): Swobodna energia powierzchniowa kompozytów polimerowo-drzewnych. Polimery 2007, 52, 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, 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, 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, Opracowałem metodę oznaczania stopnia zżelowania za pomocą plastometru kapilarnego (MFR), przeprowadziłem pomiary, współredagowałem tekst i wygłosiłem referat. 5

6 H180. P Kruszelnicka I., Ginter-Kramarczyk D., Michałkiewicz M., Kloziński A., Zajchowski S. (20%), Tomaszewska J.: Ruchome złoże biologiczne. H.181. W Tomaszewska J., Zajchowski S. (40%), Lewandowski K., Mirowski J. Narzędzie przetwórcze do wyznaczania charakterystyki reologicznej tworzyw polimerowych. H182. P Zajchowski S. (40%), Sterzyński T., Tomaszewska J.: Sposób i głowica do wytwarzania wytłoczyn tworzyw termoplastycznych. H183. P Zajchowski S. (40%), Tomaszewska J., Sterzyński T.: Sposób wytwarzania kompozytów polimerowo-drzewnych. H184. P 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. 6

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 200 o C. 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 7

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 t WPC, z czego większość w Niemczech (ok 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: 8

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. 9

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 /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 ), 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 10

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). 11

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, 230 o C). 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, 12

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: µm i 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 % 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. 13

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. 14

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 /08-00 i PBZ-MNiSW /0844 przeprowadziłem wraz z zespołem badania WPC przy statycznym rozciąganiu 15

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 polimerowodrzewnych 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 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 16

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 /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 17

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 18

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 polimerowodrzewnych 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 , w ramach projektu badawczego PBZ-MNiSW /0844 pt. Wykorzystanie poużytkowych płyt wiórowych do wytwarzania kompozytów drzewno- 19

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 m 3. Biorąc pod uwagę jedynie odpad produkcyjny ze szlifowania naddatku z płyt, jego wielkość przekracza 240 tys. m 3 pyłu. Ogólnie liczba odpadów w przemyśle drzewnym szacowana jest na 3.7 mln m 3 (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 20

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 /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 grzyboi/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 21

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 ). 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 , 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 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 22

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: C, głowica: 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. 23