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).