Revista si suplimente
MarketWatch
Inapoi Inainte

Domeniu >> Categorie >> Tip Continut

Materiale polimerice avansate, nanomateriale și nanotehnologii dezvoltate de ICECHIM pentru sănătate, mediu și industrie

22 Iunie 2022



O direcție cu tradiție în cadrul INCDCP-ICECHIM este cea a Materialelor și Nanomaterialelor Polimerice Inteligente. Cercetările trans-disciplinare desfășurate la nivel aplicativ și fundamental în acest domeniu vizează nanoștiințele și nanotehnologiile, fiind destinate închiderii lanțurilor valorice din economie, realizării unor materiale de interes practic (industrie, mediu sau sănătate), urmărind în același timp o orientare prietenoasă față de mediul înconjurător. Prin procedee integrate, flexibile și interconectate, cercetările sunt axate pe transformarea atât a unor materii prime, de proveniență convențională și/sau regenerabilă, cât și a unor polimeri reciclați mecanic și/sau chimic din produse pre- și post-consum, într-o largă diversitate de materiale avansate (inclusiv de tipul celor active și/sau inteligente), cu proprietăți funcționale conforme unor aplicații de interes comercial.



Pentru exemplificare, vom prezenta în cele ce urmează o selecțieaunor astfel de materiale inovative cu tehnologii de fabricație la nivelde maturitate tehnologică (TRL) de cel puțin 4, în funcție de destinația acestora.
A. Pentru industria de apărare. Folosind noi tehnici de sinteză și depunere a straturilor sensitive, au fostobținutedispozitive inovative pentrudetecțiaunoragențichimici de luptă ce permit luarea unormăsuridesiguranțăla fața locului (fig.1a). Molecula țintă folosită a fost cea a tiodiglicolului. O altă categorie de produse performanteșioriginalea fost cea a spumelor poliuretanice compozite care permit adsorbția undei deșocprovocate de explozii subacvatice. În acest sens s-au dezvoltat sisteme compozite de tip sandwich, cu fețe metalice și umplutură de spumă poliuretanică multistrat, decompozițiichimice șidensitățidiferite, capabile să disipe în structurainternăși să absoarbă energia undei de soc. Rezultatele testelor au demonstrat că aceste produse reduc cu peste 60% deformarea maximă a materialului (fig. 1b).
Tot înacelașitrend inovativ au fostdezvoltaținoi combustibili solizi pentruîmbunătățireafiabilitățiimotoarelor derachetă, pe baza unui liant polimeric obținut prin reciclarea chimică a ambalajelor din PET.
Compozitul are performanțe comparabile cu cele ale propergolilor
soliziomogeni pe bază de nitroceluloză și nitroglicerină și prezintă o combustie cu emisie redusă de fum.

B. Pentru industria auto. În scopul scăderii greutății autovehiculelorprin creșterea conținutului de materiale inovative aufost concepute materiale polimerice originale care se pot transforma în repere auto, fie prin tehnici clasice de prelucrare din topitură(extrudare, injecție, termoformare, etc.), fie prin imprimare 3D.
B1. Tehnici clasice S-a abordat direcția reducerii conținutului de fibre de sticlă/carbon și înlocuirea acestora cu ranforsanți cu performanțe similare și costuri scăzute, astfel încât să fie posibilă înlocuirea tehnopolimerilor (mai scumpi) cu polimeri de uz general (mai ieftini) la nivel de performanță și preț convenabil. S-au realizat compozite cu matrice de polipropilenă (PP) și cu max. 5% nanostructuri de tip nanotuburi de silicat, nanosilicat stratificat, hidroxid dublu stratificat sau 2D grafenice. Un astfel de tip de material s-a obținut la nivel TRL 5 prin diluția cu PP sau PP cu 20% fibră de sticlă (FS) a unui concentrat pe bază de elastomer termoplastic și silicat stratificat. Acesta a avut rezistență la impact de 15 ori mai mare decât PP și de 5 ori mai mare decât PP cu 20% FS și s-a folosit pentru obținerea unei bare paraşoc cu o greutate cu 45% mai mică față de cele comercializate în prezent. A fost dezvoltat un alt material polimeric, sub formă de concentrat pe bază de elastomer termoplastic şi nanotuburi de silicat, cu utilizare directă în procesele de extrudare – injecție. Prin diluția concentratului cu PP cu 30-50% FS s-a obținut o creștere cu 300% a rezistenței la impact față de PP virgină. Alte materiale micro structurate, realizate folosind tot o matrice de PP, ranforsată cu fibre de cânepă tratate cu silan (FCt) și cu conținut prestabilit de elastomer termoplastic și PP maleinizată au avut proprietăți termice și mecanice de interes pentru domeniul auto, ca alternativă viabilă pentru tipurile PP/FS convenționale. Un alt concentrat (realizat la nivelul TRL 7 conceput pentru utilizare directă la injecție, în matrice de polimetilmetacrilat - PMMA, 30 % agenți de nanoranforsare și aditivi selecționați) a prezentat avantajul că noile piese nu mai trebuie vopsite sau acoperite cu pelicule anti-zgâriere. Soluția a fost verificată în instalația industrială a partenerului din Spania, la obținerea prin injecție a unui reper auto de exterior, de culoare neagră profundă, luciu înalt și proprietăți anti-zgâriere (fig. 2). De mare interes practic prin proprietățile mecanice, termice și ignifuge s-au dovedit a fi și materialele nano-structurate realizate conform unei tehnologii TRL 5 pe bază de bio-PA1010, nanostructuri 2D (grafenice și non-grafenice) și agent de ignifugare fără halogen.
B2. Imprimare 3D Aceste preocupări se circumscriu celor europene pentru dezvoltarea de noi materiale compatibile cu imprimarea 3D/4D în acord cu noua strategie din domeniul materialelor polimerice, legată de tranziția de la carbonul terțiar la carbonul regenerabil pentru aplicații durabile. În baza experimentărilor de laborator s-a reușit selectarea a două compoziții originale pe bază de polimer de proveniență regenerabilă, concepute pentru aplicații durabile. Filamentele realizate au avut o bună ovalitate și toleranță a diametrului, ceea ce a asigurat o bună comportare la printarea 3D. Materialele au fost supuse unor procese de scale-up la nivelul TRL 6 pe instalații industriale, ceea ce a demonstrat că soluția aleasă a crescut durabilitatea polimerului de proveniență regenerabilă (fig. 2).



C. Protecția mediului
C1.Materiale micro si nano structurate pe baza de amidon. Soluțiile originale de transformare a amidonului în materiale termoplastice de interes practic au fost adaptate la forma și distribuția mărimii particulelor de amidon și degradabilitatea sa termo-mecanico-oxidativă. Micro și nano structurarea s-a realizat atât prin controlul proprietăților reologice ale topiturilor și/sau prin încorporarea unor umpluturi țintă, cât și prin exfolierea printr-o soluție originală a silicatului stratificat înainte de înglobare. Ca urmare s-a trecut de la morfologii cu faze dispersate și interfețe pronunțate la unele cu mici zone nanometrice cu interfețe difuze sau chiar la altele cu aspect continuu. Pornind de la amidon de porumb românesc cu 70% amilopectină, s-au produs la nivelul TRL 6 (fig. 3) o largă varietate de materiale micro și nano-structurate.
C2.Materiale micro si nano structurate pe baza de polimeri reciclați din produse post consum. Contribuțiile originale din acest domeniu privesc reciclarea mecanică conform procedeului diluției defectelor și cel al contaminării polimerului primar de către speciile chimic active rezultate în timpul vieții. Prin folosirea unor soluții de structurare adecvate aplicației vizate și a nivelului de performanță urmărit s-au elaborat tehnologii la nivelul TRL7-TRL8. Reciclarea chimică a PET este un proces versatil, în conformitate cu principiile dezvoltării durabile. Acest tip de reciclare permite prepararea de oligoesteri (poliesteri)- polioli cu o multitudine de structuri chimice, utile atât în industria poliuretanilor, cât și pentru alte direcții legate de obținerea de materiale prietenoase cu mediul.



D. Sănătate. În cadrul acestei direcții au fost dezvoltate materiale nanostructurate cu proprietăți de eliberare controlată a medicamentelor și materiale micro-structurate de tip hidrogel.
D1. Materiale pentru eliberarea controlată de medicamente. Aceste materiale sunt realizate în cadrul ICECHIM fie prin procedee in-situ de încapsulare a substanțelor bioactive, fie prin încărcare post-sinteză a particulelor/ hibridelor purtătoare. În ultimii ani au fost dezvoltate numeroase tipuri de materiale nanostructurate biocompatibile, cu proprietăți dirijate și aplicații medicale: nanopreparate terapeutice pe bază de diferite substanțe bioactive izolate din specii vegetale încapsulate în micro- şi nano- particule mezoporoase sau micro- şi nano- particule miez-coajă, cu răspuns inteligent la factorii de mediu; produse inteligente pe bază de particule metalice sau oxidice, cu biocompatibilitate și proprietăți antibacteriene superioare; dispozitive medicale pentru tratarea afecțiunilor articulare bazate pe nanoparticule magnetice hibride; formulări terapeutice pe bază de hibride polimerice dopate cu nano şi micro-particule metalice/ oxidice.
D2.Hidrogeluri
Hidrogeluri realizate prin tehnici clasice de reticulare. Pentru regenerarea țesutului adipos s-au realizat hidrogeluri pe bază de alginat, a căror micro-arhitectură a fost controlată cu ajutorul vitezei de migrare a ionilor reticulanți în masa de reacție (fig. 3). S-au conceput și realizat hidrogeluri pH- şi termo- senzitive originale pe bază de chitosan, destinate regenerării țesutului cartilaginos. În acest caz, proprietățile inginerești și biologice au fost controlate prin îngustarea indicelui de polidispersie şi a lungimii lanțurilor macromoleculare a chitosanului, astfel încât, după reticulare în condiții selectate, specifice organismului uman, să se ajungă la hidrogeluri cu consistență manipulabilă. Ambele tipuri de hidrogeluri s-au dovedit a fi excelente suporturi 3D pentru creșterea și proliferarea celulelor provenite din țesuturi umane (TRL 4).
Hidrogeuri realizate prin imprimare 3D. S-au conceput și realizat cerneluri nanostructurate din resurse marine (alginat, salecan) și argilă naturală cu proprietăți morfologice și funcționale dovedite a fi adecvate creșterii și proliferării celulare în regenerarea țesuturilor osoase (Fig.3).
Aspectele fundamentale specifice lucrărilor descrise în exemplelede mai sus au fost diseminate în reviste științifice prestigioase, deimpactridicat.



Parerea ta conteaza:

(0/5, 0 voturi)

Lasa un comentariu



trimite