POLITECHNIKA WARSZAWSKA WYDZIAŁ CHEMICZNY

Transkrypt

1 POLITECHNIKA WARSZAWSKA WYDZIAŁ CHEMICZNY Prof. dr hab. inż. Gabriel Rokicki ul. Noakowskiego Warszawa tel. (+22) fax (+22) gabro@ch.pw.edu.pl Warszawa r. Ocena dorobku naukowego i autoreferatu habilitacyjnego dr inż. Jolanty Tomaszewskiej pt. Tworzywa kompozytowe na osnowie poli(chlorku winylu) z udziałem mikro- i nanonapełniaczy Poli(chlorek winylu) jest wielkotonażowym polimerem znanym od blisko 100 lat, którego światowa produkcja w roku 2010 osiągnęła poziom rzędu 35 mln ton. Ze względu na bardzo dobre właściwości mechaniczne, odporność na działanie czynników atmosferycznych, ograniczoną palność oraz niską cenę PVC znajduje szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach. Pomimo olbrzymiej liczby publikacji dotyczących przetwarzania i właściwości wyrobów z PVC są jeszcze pola nie do końca zbadane i wyjaśnione. Określenie optymalnych warunków przetwórstwa samego PVC, jak i kompozytów z jego udziałem jest szczególnie ważne dla specjalistów zajmujących się przetwórstwem polimerów. Należy nadmienić, że właśnie ta gałąź przemysłu rozwija się w kraju szczególnie dynamicznie, a przychody z przetwórstwa tworzyw sztucznych stanowią poważną pozycję w krajowym PKB. Recenzowana rozprawa habilitacyjna dr inż. Jolanty Tomaszewskiej zawiera się w wyżej zarysowanym nurcie badawczym i w dużym stopniu dotyczy problemów związanych z procesem żelowania nieplastyfikowanego PVC, jak i badań przetwarzania i właściwości kompozytów i nanokompozytów z jego udziałem. Dokonany przez Habilitantkę wybór tematyki badawczej, łączącej aspekty poznawcze i badania aplikacyjne uważam za trafny i ważny z punktu widzenia krajowej gospodarki.

2 Ocena dorobku naukowego, dydaktycznego i organizacyjnego Pani Jolanta Tomaszewska ukończyła w roku 1986 studia na Wydziale Technologii i Inżynierii Chemicznej Akademii Techniczno-Rolniczej (obecnie Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy) im. J. J. Śniadeckich w Bydgoszczy, specjalizując się w zakresie technologii chemicznej. W tym też roku podjęła pracę na macierzystym Wydziale w Zakładzie Technologii Polimerów, początkowo jako stażysta, a następnie jako samodzielny chemik, specjalista naukowo-techniczny; od roku 2005 do dziś pracuje na stanowisku adiunkta. Początkowo brała udział w pracach dotyczących modyfikacji i przetwórstwa polimerów termoplastycznych. Prowadziła też badania wpływu dodatku napełniaczy na właściwości poliolefin. Wyniki tych badań zostały opublikowane w postaci 4 artykułów w czasopismach z listy filadelfijskiej i 6 w periodykach ogólnopolskich. W roku 2005 mgr inż. J. Tomaszewska obroniła z wyróżnieniem pracę doktorską zatytułowaną Reometryczna i strukturalna analiza procesu żelowania nieplastyfikowanego poli(chlorku winylu), której promotorem był prof. dr hab. inż. Tomasz Sterzyński. Recenzentami rozprawy byli: dr hab. Ewa Andrzejewska prof. nzw. z Politechniki Poznańskiej i dr hab. inż. Marek Kozłowski prof. nzw. z Politechniki Wrocławskiej. Po doktoracie dr J. Tomaszewska kontynuowała badania dotyczące procesów żelowania nieplastyfikowanego poli(chlorku winylu) oraz rozpoczęła badania w dwóch nowych obszarach dotyczących otrzymywania i charakteryzowania kompozytów polimerowo-drzewnych oraz nanokompozytów PVC. Ta tematyka stanowi podstawę rozprawy habilitacyjnej, tak więc bardziej szczegółowo omówię ją w dalszej części poświęconej jej ocenie. Dr J. Tomaszewska była głównym wykonawcą dwóch projektów badawczych KBN dotyczących polimerów termoplastycznych modyfikowanych napełniaczem drewnopodobnym oraz oddziaływania parametrów przetwórstwa na żelowanie i właściwości PVC. Za swoją pracę naukowo-dydaktyczną była wielokrotnie (9) nagradzana przez Rektora ATR (UTP) w Bydgoszczy. W ostatnich latach prowadzi badania w ramach projektu PIOG nad wpływem dodatku klatkowych oligosilseskwioksanów (POSS) na właściwości przetwórcze i fizykomechaniczne kompozytów na osnowie nieplastyfikowanego PVC. Ważnym 2

3 problemem, który udało się Jej rozwiązać, było opracowanie metody wprowadzania POSS do osnowy polimerowej. Doktor Jolanta Tomaszewska ma w swoim dorobku naukowym 38 publikacji, z których zdecydowana większość, bo 28 zostało zrealizowanych po uzyskaniu stopnia doktora. W czasopismach z listy filadelfijskiej opublikowanych zostało 14 prac (w tym 1 publikacja została przyjęta do druku po recenzji), z czego po doktoracie 10. Należy tu wymienić takie czasopisma jak: Journal of Applied Polymer Science, Composites Science and Technology, Journal of Vinyl and Additive Technology, Polimery. Habilitantka jest też współautorką 6 rozdziałów w książkach wydanych w kraju. Łączna wartość IF tych publikacji wynosi 13,11 (licząc IF zgodnie z rokiem opublikowania). Jest to wynik do zaakceptowania, biorąc pod uwagę realizowaną tematykę dotyczącą badań aplikacyjnych związanych z przetwórstwem tworzyw sztucznych. Jej prace cytowane są 29 razy (bez autocytowań); Indeks Hirscha wg. Web of Science wynosi 5. Dr inż. Jolanta Tomaszewska jest autorką lub współautorką 22 prac opublikowanych w czasopismach spoza listy filadelfijskiej oraz 30 wystąpień i komunikatów konferencyjnych krajowych (22) i międzynarodowych (8), w tym 2 referaty, jest też współautorką 6 zgłoszeń patentowych. Załączone oświadczenia współautorów wskazują, że Jej udział w powstaniu publikacji wynosił od 10 do 50%. W jednej publikacji jest jedynym autorem. Habilitantka recenzowała manuskrypty dla czasopisma Polimery i projekty badawcze dla Narodowego Centrum Nauki. Dr inż. J. Tomaszewska bardzo aktywnie udziela się w pracy dydaktycznej. Prowadzi kursowe wykłady (4) i laboratoria (8) z zakresu technologii polimerów, zastosowań oraz badań właściwości. Kierowała 30 pracami magisterskimi i inżynierskimi. Habilitantka brała udział w przygotowaniu programów nauczania na macierzystym Wydziale na kierunkach: inżynieria materiałowa i technologia chemiczna w zakresie związanym z tworzywami sztucznymi. Jej osiągnięcie na tym polu zostały uhonorowane w 2012 roku Medalem Edukacji Narodowej. Jeśli chodzi o działalność organizacyjną to dr J. Tomaszewska od roku 2008 pełni już przez drugą kadencję funkcję prodziekana ds. dydaktycznych i studenckich. Uczestniczy też w pracach Senackiej Komisji ds. dydaktycznych i studenckich, a w 3

4 nowej kadencji Senatu została wybrana jej przewodniczącą. Ponadto, jest członkiem Senackiej Komisji ds. Organizacji i Rozwoju. Dr J. Tomaszewska uczestniczy w realizacji projektu Nowa jakość w UTP w ramach programu operacyjnego Kapitał Ludzki, koordynując zadania związane z jakością kształcenia. Koordynuje prace nad przygotowaniem i wdrażaniem efektów kształcenia zgodnie z Krajowymi Ramami Kwalifikacji dla trzech kierunków studiów I i II stopnia realizowanych na Wydziale Technologii i Inżynierii Chemicznej UTP. Habilitantka brała udział w przygotowaniu wniosków na realizację 2 nowych projektów w ramach Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki. Warto nadmienić, że w roku 2006 dr J. Tomaszewska kierowała pracami organizacyjnymi związanymi z XI Profesorskimi Warsztatami Naukowymi Przetwórstwo Tworzyw Sztucznych, które odbyły się w Pieczyskach k/bydgoszczy. Habilitantka w ramach pracy naukowo-badawczej współpracuje z wieloma ośrodkami naukowymi w kraju i zagranicą. W ramach współpracy z Uniwersytetem Technicznym w Hamburgu odbyła 2 tygodniowe staże naukowe. Dr J. Tomaszewska współpracuje z zakładami przemysłowymi regionu: Anwil S.A. Włocławek, Zachem-Ciech Bydgoszcz, Ergis S.A. Wąbrzeźno, Plastica Kowalewo oraz z innymi firmami z branży tworzyw sztucznych. W ramach tej współpracy, wygłosiła dwa wykłady z zakresu przetwórstwa nieplastyfikowanych mieszanin PVC. Powyższa charakterystyka pokazuje, że dr inż. Jolanta Tomaszewska jest dojrzałym pracownikiem naukowo-dydaktycznym, a Jej prace są zauważalne w kraju i zagranicą. Mankamentem w karierze naukowej dr inż. Jolanty Tomaszewskiej jest brak dłuższego podoktorskiego zagranicznego stażu naukowego, co może w przyszłości rzutować na Jej dalszą karierę naukową. Ocena rozprawy habilitacyjnej Rozprawa habilitacyjna dr inż. Jolanty Tomaszewskiej zatytułowana: Tworzywa kompozytowe na osnowie poli(chlorku winylu) z udziałem mikro- i nanonapełniaczy ma formę autoreferatu do załączonych publikacji i stanowi syntetyczne ujęcie realizowanych przez ostatnie 5 lat badań nad żelowaniem nieplastyfikowanego PVC oraz otrzymywaniem i charakteryzacją kompozytów PVC z mączką drzewną i nanonapełniaczami. Wyniki badań stanowiące podstawę przewodu habilitacyjnego 4

5 zostały opublikowane w postaci 18 artykułów (8 w czasopismach z listy filadelfijskiej) i 5 zgłoszeń patentowych. Rozprawa habilitacyjna dr inż. J. Tomaszewskiej obejmuje trzy główne wątki badawcze, które pokrótce omówię, zwracając uwagę na ich oryginalność i wagę z punktu widzenia możliwości wykorzystania w przemyśle przetwórczym. Pierwszy dotyczy określenia wpływu parametrów przetwórstwa, takich jak temperatura, szybkość ścinania, czas przebywania w maszynie przetwórczej, skład materiału wejściowego z uwzględnieniem jego morfologii, na strukturę i właściwości zżelowanego poli(chlorku winylu) nieplastyfikowanego. Habilitantka wykazała, że dla PVC ugniatanego przy dużych szybkościach ścinania czas etapu poprzedzającego żelowanie jest zbyt krótki i niewystarczający do jednorodnego rozdrobnienia ziaren pierwotnych, co utrudnia płynięcie (spadek wartości masowego wskaźnika szybkości płynięcia, MFR) takich próbek. Obecność trwałych ziaren w strukturze zżelowanego tworzywa może być przyczyną pogorszenia niektórych właściwości użytkowych, pomimo, że stopień zżelowania próbek wyznaczony metodą różnicowej kalorymetrii skaningowej jest duży i wynosi od 96 do 98%. Interesującym fragmentem tej części rozprawy było porównanie procesu żelowania w zależności od morfologii ziaren PVC. Habilitantka, aby wyeliminować wpływ ziaren pierwotnych zastosowała strącany PVC otrzymany poprzez wytrącanie suspensyjnego polimeru z roztworu w THF. Taki polimer miał postać aglomeratów cząstek o znacznie mniejszych wymiarach niż cząstki suspensyjnego PVC. Zżelowany, strącany PVC charakteryzował się dużą jednorodnością morfologiczną. Uzyskane przez Habilitantkę wyniki mogą być pomocne w doborze i kontroli warunków przetwórstwa metodą wytłaczania. Wykazała, że szczególnie nieuzasadnione jest zwiększanie szybkości obrotowej ślimaka (szybkości ścinania) wytłaczarki w celu uzyskania wzrostu wydajności wytłaczania, gdyż prowadzi to do pogorszenia właściwości wyrobów. Drugi wątek badawczy rozprawy dotyczy badań nad przetwórstwem kompozytów PVC/mączka drzewna. Podobnie, jak ma to miejsce w przypadku przetwórstwa niemodyfikowanego PVC odpowiedni stopień zżelowania ma zasadniczy wpływ na właściwości wyrobu. Habilitantka wykazała, że wprowadzenie mączki drzewnej powoduje dodatkowy wzrost naprężenia ścinającego, co sprzyja rozcieraniu ziaren i w konsekwencji wcześniejszemu żelowaniu, w porównaniu z 5

6 niemodyfikowanym PVC. Żelowanie mieszaniny zachodzi przy niższej nastawionej temperaturze i w krótszym czasie ugniatania. Dr J. Tomaszewska podjęła również próbę charakterystyki przetwórczej kompozytów wykonanych z recyklatów PVC oraz mieszanin PVC z PE. Wykazała, że do wytwarzania kompozytów z mączką drzewną można stosować odpady PVC o nieznanym pochodzeniu. Dodatek napełniacza powoduje wyraźną poprawę właściwości w porównaniu z niemodyfikowanym PVC. Niezbędna jest jednak wstępna charakterystyka odpadów, a szczególnie ich stabilności termicznej. Użycie recyklatu PVC pozbawionego we wcześniejszym procesie przetwórczym struktury ziarnistej, podczas powtórnego przetwórstwa prowadzi do otrzymania wyrobów o jednorodnej strukturze. W tej części referatu habilitacyjnego zabrakło dyskusji na temat wpływu masy molowej recyklatu PVC i odpowiedzi na pytanie, czy powtórne przetwórstwo nie prowadzi do wyraźnego spadku masy molowej polimeru i czy na ten proces wpływa obecność napełniacza drzewnego. Do ważniejszych osiągnięć Habilitantki, w tym zakresie badań, należy zaliczyć wykazanie, że pomimo obecności w recyklacie innego polimeru niemieszającego się z PVC, jakim jest np. HD-PE, można uzyskać napełniony mączką drzewną kompozyt o bardziej jednorodnej strukturze osnowy niż bez udziału napełniacza. Mieszanki recyklatów z mączką drzewną o zawartości do 30% można przetwarzać w standardowych urządzeniach przetwórczych. Habilitantka postuluje, że zwiększone tarcie cząstek napełniacza drzewnego podczas przetwarzania polimeru z mączką drzewną prowadzi do większych wartości naprężenia ścinającego w komorze plastografometru (wytłaczarki), co powoduje większe ujednorodnienie kompozycji. Dr J. Tomaszewska w swoich pracach udowodniła, że do wytwarzania kompozytów z napełniaczem drzewnym można wykorzystać również odpad popolimeryzacyjny PVC, składający się z bardzo dużych ziaren, tzw. nadziaren o średnicach dochodzących do kilku mm. Kompozyty takie charakteryzowały się jednorodną strukturą osnowy i bardzo dobrymi właściwościami fizykomechanicznymi porównywalnymi ze standardowym polimerem. Zwieńczeniem tych badań był udział Habilitantki (konsultacje) w uruchomieniu pierwszej innowacyjnej linii technologicznej do produkcji desek tarasowych z kompozytów polimerowo-drzewnych na osnowie PVC. 6

7 Do osiągnięć Habilitantki w tym zakresie należy zaliczyć również opracowania dotyczące metod wytwarzania kompozytów polimerowo-drzewnych metodą walcowania i wytłaczania. Ostatni, trzeci wątek badawczym, który jest podstawą rozprawy habilitacyjnej stanowiły badania nad modyfikacją nieplastyfikowanego PVC za pomocą nanonapełniaczy. We współpracy z Instytutem Kompozytów Polimerowych Uniwersytetu Technicznego w Hamburgu, Habilitantka prowadziła badania nad otrzymywaniem i charakteryzowaniem nanokompozytów PVC/nanorurki węglowe. Wykazała, że obecność już 0,01-0,02% wag. wielościennych nanorurek węglowych prowadzi, na skutek ograniczenia ruchliwości łańcuchów polimeru, do wzrostu temperatury zeszklenia PVC. Wykazała, że w zależności od metody badań (DMTA, stratność dielektryczna, DSC) kompozyty wykazywały różnice w T g, co przypisała różnej odpowiedzi nanorurek na mobilność łańcuchów PVC zależną od temperatury. Do modyfikacji PVC stosowana była również nanokrzemionka z immobilizowanymi cząstkami srebra. Tego typu kompozyty wykazujące właściwości bakteriobójcze wytwarzane były metodą polimeryzacji suspensyjnej in situ. Na podstawie badań plastografometrycznych, dr J. Tomaszewska wykazała wyraźne skrócenie czasu żelowania ze wzrostem zawartości nanonapełniacza niezależnie od wielkości cząstek. Ta cecha kompozytów z nanokrzemionką jest bardzo korzystna dla przetwórców, gdyż umożliwia skrócenie czasu przebywania tworzywa w maszynie przetwórczej, tylko przy nieznacznym wzroście obciążenia mechanicznego. Należy podkreślić, że obecność nanonapełniacza prowadzi do wzrostu wytrzymałości mechanicznej o 25%, a modułu sprężystości o 15%. Na podstawie analizy termograwimetrycznej Habilitantka wykazała również korzystny wpływ obecności nanonapełniacza na stabilność PVC. Habilitantka podjęła także badania nad kompozytami hybrydowymi PVC zawierającymi napełniacze różne zarówno pod względem budowy, pochodzenia, jak i wielkości cząstek: mączka drzewna i nanokrzemionka. Wykazała, że dodatkowa obecność nanokrzemionki w mieszaninie PVC z 30% napełniacza drzewnego powoduje wzrost maksymalnego momentu obrotowego podczas ugniatania, nie powodując wzrostu lepkości takiej mieszaniny w stanie stopionym. Jeśli chodzi o uwagi krytyczne to dotyczą one braku dyskusji na temat powtarzalności uzyskanych wyników i braku stosowania narzędzi statystycznych do optymalizacji procesów przetwórstwa, takich jak metody planowania eksperymentu. 7

8