Nazwa pola Komentarz Nazwa przedmiotu (w języku Nowoczesne materiały polimerowe polskim oraz angielskim) Modern polymer materials Jednostka oferująca przedmiot CBMiM PAN Liczba punktów ECTS 4 Sposób zaliczenia Egzamin Język wykładowy Polski Określenie, czy przedmiot Jednokrotnie może być wielokrotnie zaliczany Skrócony opis przedmiotu W ramach wykładu przekazane zostaną słuchaczom podstawowe wiadomości o specyficznych właściwościach tradycyjnych i nowoczesnych materiałów polimerowych oraz o powłokach polimerowych wytwarzanych z lateksów, zostaną omówione nanokompozyty polimerowe z różnego rodzaju nanocząstkami, zostaną przedstawione metody otrzymywania nanocząstek, a także wytwarzania nanokompozytów oraz ich właściwości fizyczne, omówione zostaną zasady wykorzystania siły wiązań węgiel-węgiel oraz sposoby otrzymywania materiałów wysoko-wytrzymałych. Przedstawione zostaną problemy związane ze splataniami makrocząsteczek i ich giętkością a także z polimerami ciekłokrystalicznymi o sztywnych łańcuchach i metody otrzymywania wysoko-wytrzymałych włókien i folii. Znaczna większość dotychczas produkowanych polimerów wytwarzana jest na podstawie źródeł kopalnych (ropa naftowa, gaz ziemny). Wiążą się z tym dwa problemy: stopniowe wyczerpywanie i wzrost cen surowców petrochemicznych oraz zanieczyszczenie środowiska naturalnego pozostałościami zużytych materiałów polimerowych. W wykładzie zostanie przedstawiona alternatywna możliwość polegająca na wytwarzaniu polimerów na podstawie surowców odnawialnych (w skali czasowej rocznej lub krótszej) z wykorzystaniem surowców pochodzenia rolniczego i procesów biotechnologicznych. Tak otrzymane polimery są biozgodne i na ogół zdolne do degradacji hydrolitycznej i biologicznej, do CO 2 i H 2 O. Omówione zostaną dwa obszary zastosowań polimerów pochodzących ze źródeł odnawialnych: jako materiałów wielkotonażowych lub jako specjalistycznych materiałów biomedycznych. Zostaną omówione polimery o nieliniowej, złożonej topologii, polimery o najciekawszych strukturach (np. polimery gwiaździste, dendrymery, katenany czy rotaksany), przykładowe metody ich otrzymywania oraz jak struktura przekłada się na ich właściwości. Przedstawione zostaną wybrane metody analizy tych złożonych struktur ze szczególnym uwzględnieniem nowoczesnych metod chromatograficznych. Pełny opis przedmiotu - Wykład obejmuje następujące zagadnienia: -wprowadzenie informujące o historii materiałów od starożytności 1
do nowoczesnych materiałów polimerowych. -specyficzne cechy nowoczesnych nanoustrukturyzowanych materiałów polimerowych -podobieństwa i różnice polimeryzacji w ośrodkach ciągłych i w układach zdyspergowanych -mechanizmy formowania powłok polimerowych - wytwarzanie nanoczastek, -otrzymywanie nanokompozytów polimerowych, ze szczególnym uwzględnieniem mieszania z nanoczastkami w stanie stopionym, -właściwości fizyczne nanokompozytów, ze szczególnym uwzględnieniem tych, które ulegają poprawie wskutek dodania nanocząstek - ocena wytrzymałości mechanicznej wiązania C-C. - sposoby uzyskiwania wysokiej orientacji. - wpływ kawitacji i współzawodnictwa plastyczności kryształów i kawitacji. - sposoby otrzymywania wysokowytrzymałych materiałów opartych o uzyskiwanie wysokiej orientacji wzdłuż i w poprzek wyrobów. - metody otrzymywania ultra wytrzymałych włókien polietylenowych. - właściwości włókna typu Dyneema i Spectra. -rola sztywności łańcucha i splątań makrocząsteczek w uzyskiwaniu wysokiej orientacji molekularnej i wytrzymałości. - polimery ciekłokrystaliczne o sztywnych łańcuchach dla wyrobów wysoko-wytrzymałych. - otrzymywanie włókien z poliaramidów, Kevlaru. Kaptonu a także typu Vectra. - porównanie z włóknami węglowymi, szklanymi i innymi mineralnymi. - baza surowcowa i procesowa materiałów polimerowych. - podobieństwa i różnice między polimerami pochodzącymi z surowców odnawialnych [(bio)polimerów] i kopalnych. - surowce odnawialne pojęcie bioplastic footprint. - produkcja biopolimerów a zapotrzebowanie energetyczne. - baza surowcowa materiałów polimerowych wytwarzanych z surowców kopalnych i odnawialnych konkurencja ze strony paliw. - omówienie materiałów wytwarzanych z polimerów naturalnych (celulozy, skrobi, chityny, alginianów). - podstawowe polimery biodegradowalne: polihydroksyalkaniany i polilaktyd metody wytwarzania, właściwości i zastosowania. - poli(węglany alkilenowe) z oksiranów i CO2. -polimery cykliczne, -polimery grzebieniowe -polimery gwiaździste i silnie rozgałęzione, dendrymery, -polimery dendrytyczne, -polikatenany i polirotaksany,oraz przykłady innych polimerów o nietypowej topologii. -wpływ architektury na ich właściwości fizykochemiczne. -chromatografia SEC z zastosowaniem różnej detekcji, -chromatografia w warunkach krytycznych oraz chromatografia dwuwymiarowa (2D), -chromatografia w warunkach nadkrytycznych Literatura 1. Nanomaterials: Synthesis, Properties and Application, red. A.S.Edelstein, R.C.Cammarata, Institute of Physics Publishing, Bristol, Philadelphia, 1996 2. W.Przygocki, A.Włochowicz, Fulereny i nanorurki, własności i zastosowanie, Wydawnictwa Naukowo 2
Techniczne, Warszawa, 2001. 3. W.Caseri, Nanocomposites of Polymer and metals or semiconductors: Historical background and optical properties, Macromol.Rapid Commun., 705, 21, 2000. 4. A.Usuki, N.Hasegawa, M.Kato, Polymer-Clay Nanocomposites, Adv Polym Sci 135, 179, 2005 5. S. S. Ray, M.Okamoto, Polymer/layered silicate nanocomposites: a review from preparation to processing,.prog. Polym. Sci. 1539, 28, 2003. 6. L.Utracki, Clay-Containing Polymeric Nanocomposites, RAPRA Technology, Shawbury U.K., 2004. 7. S.C. Tjong, Structural and mechanical properties of polymer nanocomposites, Mater.Sci. Eng., Rev., 73, 53, 2006. 8. The Physics of Deformation and Fracture of Polymers. A.S.Argon, Cambridge Univ.Press, Cambridge, 2013 9. 10. Mechanical Properties of Solid Polymers, 3rd Edition, Ian M. Ward, John Sweeney, Wiley, New York, 2012 11. Nano- and Micro-Mechanics of Crystalline Polymers, A.Galeski, G.Regnier, w Nano- and Micro-Mechanics of Polymer Blends and Composites, eds. J.Karger-Kocsis, S.Fakirov, Hanser Verlag, Munich, Cincinnati, 2009 12. Biopolymers from renewable resources, D.L. Kaplan, Ed., Springer, Berlin 1998 13. L. Shen, J. Haufe, M.K. Patel, Product overview, and market projection of emerging bio-based plastics PRO-BIP 2009, University of Utrecht, The Netherlands 14. R. Mülhaupt, Macromol. Chem. Phys. 2013, 214, 159-174 15. C.-H. Zhou, J. N. Beltramini, Y.-X. Fana, G. Q. Lu, Chem. Soc. Rev. 2008, 37, 527 549 16. Zestaw wykładów z EPF 4th Summer School, Bioplastic and Related Materials, Gargnano, Italy, 24-29 May 2009 17.Star and Hyperbranched Polymers, Edited by Munmaya K. Mishra, Shiro Kobayashi, Marcel Dekker, Inc, 1999. 18.Topological Polymer Chemistry, Y. Tezuka, H. Oike, Prog. Polym. Sci. 27 (2002) 1069-1122 19. Analysis of complex polymers by interaction chromatography, Harald Pasch in Polymer Analysis Polymer Physics, Advances in Polymer Science, Vol. 128,1997 20. H. Pasch, B. Trathnigg, HPLC of Polymers 21. Zestaw wybranych prac monograficznych i przeglądowych dostarczony przez wykładowców. 22. Zestaw przezroczy stanowiących podstawę wykładu. Efekty uczenia się Po zakończeniu wykładów słuchacz potrafi: -opisać właściwości odróżniające nowoczesne materiały polimerowe od materiałów tradycyjnych -opisać podstawowe metody syntezy lateksów -opisać podstawowe mechanizmy formowania powłok polimerowych z lateksów -omówić podstawowe zagadnienia dotyczące wytwarzania nanocząstek oraz ich wykorzystania do modyfikacji materiałów polimerowych -podać techniki stosowane do badania nanokompozytów polimerowych -podać podstawowe zagadnienia dotyczące wytwarzania materiałów wysoko-wytrzymałych oraz zasady rządzące ich zachowaniem. -zna techniki stosowane do otrzymywania takich materiałów polimerowych. 3
-poznaje polimery naturalne (biopolimery) wytwarzane w skali przemysłowej oraz syntetyczne polimery biodegradowalne uzyskiwanych z surowców odnawialnych. -potrafi omówić różnorodne zastosowania polimerów biodegradowalnych - od materiałów termoplastycznych produkowanych na skalę przemysłową do specjalistycznych materiałów biomedycznych i porównać właściwości użytkowe polimerów ze źródeł odnawialnych i kopalnych. -zna ścieżki technologiczne wytwarzania dwóch najważniejszych polimerów biodegradowalnych: polihydroksyalkanianów i polilaktydów. -potrafi wyjaśnić znaczenie polimerów biodegradowalnych w ochronie środowiska, zdają sobie sprawę z uwarunkowań ekonomicznych związanych z produkcją polimerów z surowców odnawialnych. - uzyskuje wiedzę o metodach syntezy nieliniowych polimerów, o odmiennych właściwościach nieliniowych polimerów w porównaniu do polimerów liniowych oraz o współczesnych metodach analizy takich struktur. Metody i kryteria oceniania Praktyki zawodowe w ramach przedmiotu Wykład Nie dotyczy Nazwa pola Cykl dydaktyczny, w którym przedmiot jest realizowany Sposób zaliczenia przedmiotu w cyklu Forma(y) i liczba godzin zajęć oraz sposoby ich zaliczenia Imię i nazwisko koordynatora/ów przedmiotu cyklu Imię i nazwisko osób prowadzących grupy zajęciowe przedmiotu Atrybut (charakter) przedmiotu Metody dydaktyczne Semestr IV Egzamin Wykład, 16 godzin Prof. Andrzej Duda Komentarz Prof. Stanisław Słomkowski, prof. Andrzej Duda, prof. Ewa Piórkowska, prof. Andrzej Gałęski, prof. Jacek Ulański, prof. Tadeusz Biela Do wyboru Wykład 4
5