Projekti / Programi
Razvoj novih trajnostnih ognjevarnih poliamidnih vlaken s prevodnimi lastnostmi
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.14.00 |
Tehnika |
Tekstilstvo in usnjarstvo |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T470 |
Tehnološke vede |
Tekstilna tehnologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.05 |
Tehniške in tehnološke vede |
Materiali |
Poliamid 6, in situ polimerizacija, nanokompozit, predenje, vlakno, trajnostni razvoj, ognjevarnost, termična stabilnost, prevodnost, antistatičnost
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
34382 |
dr. Jelena Vasiljević |
Tekstilstvo in usnjarstvo |
Vodja |
2018 - 2020 |
80 |
Organizacije (1)
Povzetek
Namen predlaganega podoktorskega projekta je rešiti izvorni problem aglomeracije ognjevarnih (OV) aditivov vgrajenih v matrico PA6 in s tem povečati njihovo učinkovitost v nanokompozitu PA6/OV pri nižji koncentraciji aditiva. To bo zagotovilo možnosti za rešitev zahtevnega raziskovalnega problema, ki trenutno preprečuje proizvodnjo nanokompozitnih tekstilnih vlaken in tkanin PA6/OV z učinkovito ognjevarnostjo. Skladno s tem je glavni cilj tega podoktorskega projekta razviti nov pristop za proizvodnjo nove generacije trajnostnih visokozmogljivih večfunkcionalnih zaščitnih tekstilnih vlaken in ploskovnih tekstilij iz poliamida 6 (PA6), kar bo omogočilo pomemben preboj na področju nanokompozitnih tekstilnih materialov. Pristopi, ki se trenutno uporabljajo za izdelavo kompozitnih vlaken PA6/OV, so zaradi visoke reaktivnosti taline PA6 omejeni z mikro velikostjo aglomeriranih delcev OV-aditivov. Le-to predstavlja glavno oviro za doseganje ravnovesja med učinkovito koncentracijo OV-aditiva, predilnostjo vlaken in zahtevanimi nateznimi lastnostmi. Hkrati s tem pa sodobne raziskave na področju vključevanja ogljikovih nano-materialov (ONM) v matrico PA6 potrjujejo, da je in situ polimerizacija ε-kaprolaktama v prisotnosti ONM zelo uporabna metoda, ki omogoča nadzor velikosti vgrajenih aditivov na nano-nivoju. Kljub obetavnim sodobnim znanstvenim dosežkom, je uporaba te metode na področju kompozitnih materialov PA6/OV skoraj neraziskana. Zato bo razvoj novega pristopa za proizvodnjo nove generacije trajnostnih tekstilnih materialov PA6 vključeval:
(1) Izbor najbolj trajnostnih OV-aditivov med tržno dostopnimi in najsodobnejšimi sintetiziranimi brezhalogenskimi OV-aditivi na podlagi spojin P, N, P/N in nano-glinami z najboljšo učinkovitostjo in združljivostjo s PA6;
(2) Razvoj proizvodnega procesa za ognjevarne nanokomozite PA6/OV s homogeno dispergiranim aditivom nanometričnih velikosti z uporabo in situ polimerizacije ε-kaprolaktama v prisotnosti izbranih OV-aditivov in njihovih mešanic s sinergističnim delovanjem;
(3) Razvoj proizvodnega procesa za ognjevarna nanokomozitna vlakna in ploskovne tekstilije PA6/OV s samo-ugasnitvijo ter povečano termično stabilnostjo z uporabo proizvedenih nanokompozitov PA6/OV v kontinuiranem procesu predenja, raztezanja in navijanja;
(4) Razvoj proizvodnega procesa za ognjevarna nanokompozitna vlakna in ploskovne tekstilije PA6/OV/ONM s samo-ugasnitvijo in povečano termično stabilnostjo, nadgrajeno s toplotno prevodnostjo in antistatičnimi lastnostmi, s hkratno vključitvijo funkcionaliziranih ONM (ogljikovih nanocevk, grafena in njihovih zmesi) in najučinkovitejših OV-aditivov v optimiziranih procesih in situ polimerizacije in predenja iz taline;
(5) Razvoj površinske modifikacije za utrditev skeleta matrice novih tekstilnih materialov PA6/OV in PA6/OV/ONM z uporabo tehnologije sol-gel in hibridnih organo-funkcionalnih trialkoksisilanskih prekurzorjev.
Karakterizacija strukture, fizikalnih in mehanskih lastnosti, gorljivosti, vnetljivosti in termične stabilnosti, toplotne prevodnosti in antistatičnih lastnosti ter pralne obstojnosti novih nanokompozitnih vlaken PA6/OV, PA6/ONM in PA6/OV/ONM s hkratno karakterizacijo plinaste in kondenzirane faze med termičnim razkrojem nanokompozitov, bo zagotovila nova znanja o interakcijah med OV- in ONM-nanodelci ter matrico PA6, pa tudi o njihovih OV-mehanizmih. Prav tako bo preboj v razvoju nove generacije trajnostnih visokozmogljivih zaščitnih materialov PA6 zagotovil pogoje za uporabo PA6/OV kot obnovljivega vira, kar bo predstavljalo izhodišče pri snovanju strategije za materiale PA6/OV v krožnem gospodarstvu, ki jo nameravamo nadaljevati v prihodnosti.
Pomen za razvoj znanosti
Največji prispevek mojega podoktorskega projekta je nov pristop, ki bo omogočil proizvodnjo visoko zmogljivih večfunkcijskih nanokompozitnih plastičnih mas in tekstilnih materialov PA6 z nizko vsebnostjo aditiva.
Sedanje znanje o ognjevarnih (OV) mehanizmih kompozitnih materialov PA6/OV je omejeno le na delovanje delcev OV-aditivov, ki se v matrici PA6 nagajajo v mikrometričnih velikostih, kar predstavlja tudi glavno oviro za doseganje ravnovesja med koncentracijo OV-aditiva, ki lahko zagotovi učinkovito OV-delovanje, predilnostjo vlaken in zahtevanimi nateznimi lastnostmi. V sodobni znanosti se za dosego izjemnih in edinstvenih lastnosti materialov uporablja modifikacija njihove notranje strukture in površine na nanometrični skali. Zato bomo našo znanje in izkušnje preusmerili na razvoj novega pristopa in situ, ki omogoča nadzor velikosti vgrajenih trajnostnih OV-aditivov na nanometrični skali. Ta učinkovit pristop bo omogočil prehajanje med področji izdelave plastičnih mas in tekstilnih vlaken PA6/OV ter s tem obogatil dosedanje znanje z novimi vpogledi na interakcije med aditivi nanometričnih velikosti in matrico PA6 kot tudi na OV-mehanizme nanodelcev OV-aditivov, njihovih mešanic ter mešanice z najsodobnejšimi ogljikovimi nano-materiali (ONM).
Razvoj novega pristopa za izdelavo novih ognjevarnih trajnostnih nanokompozitnih tekstilnih vlaken in ploskovnih tekstilij PA6/OV/ONM s samo-ugasnitvijo, visoko termično stabilnostjo, dobro predilnostjo in zahtevanimi mehanskimi lastnostmi ter karakterizacija teh materialov bo zagotovila:
pomemben preboj na področju nanokompozitnih tekstilnih vlaken;
učinkovit pristop pri proizvodnji novih recikliranih visokozmogljivih plastičnih in tekstilnih nanokompozitnih materialov z vgrajenimi trajnostnimi OV-aditivi nizkih koncentracij;
zagotovitev pogojev za uporabo PA6/OV kot obnovljivega visokozmogljivega vira, kar bo predstavljalo izhodišče pri snovanju strategije za materiale PA6/OV v krožnem gospodarstvu;
podporo strategiji za ohranjanje omejenih naftnih virov in zmanjšanje globalnega onesnaževanja okolja;
nadgradnjo raziskav na Programih P2-0213 Tekstilije in ekologija ter P2-0393 Napredni materiali za nizkoogljično in trajnostno družbo.
Preučevanje vpliva nanodispergiranih OV- in ONM-aditivov v matrici PA6 na kemično recikliranje polimera PA6 ni vključeno v delovne sklope tega podoktorskega projekta in predstavlja področje raziskav, ki jih nameravamo nadaljevati v prihodnosti. Zato bo uspešna izvedba tega podoktorskega projekta bistveno vplivala k nadgradnji lastnosti kemično recikliranega PA6 polimera in zagotovila pogoje za uporabo PA6/OV kot obnovljivega vira.
Poleg tega bo ta prodor na področju nanokompozitnih tekstilnih vlaken podal priložnost za povečanje konkurenčnosti slovenske in evropske tekstilne industrije.
Pomen za razvoj Slovenije
The major ground-breaking contribution of my Postdoc Project is in a novel approach, which will enable production of new-generation high performance multifunctional PA6 nanocomposite bulk plastic and textile materials of lower additive loading.
The current knowledge regarding the flame retardant (FR) mechanisms of PA6/FR composite materials is limited only on the action of the micro-sized FRs in the PA6 matrix, which also represents the major obstacle for the achievement of the balance between the efficient FR loading, fibre spinnability, and good tensile properties. In the contemporary science, the most outstanding and unique materials properties emerge from the nano-size bulk and surface modifications. Therefore, we will shift the focus to a novel in situ approach which enables to control the size of the incorporated FRs to the nanoscopic level. This powerful tool will enable crossing the boundaries between the fields of the PA6/FR bulk plastics and PA6/FR textile fibres, and enrichment of the current scientific knowledge with the new insights into the interactions between the nanoscopic additives and PA6 matrix as well as the flame retardant mechanisms of the nanoscopic FRs, their mixtures as well as mixtures with the emerging nanocarbon materials (NCMs).
Development of the novel approach for the production of new sustainable flame retardant PA6/FR/NCM nanocomposite textile fibres and fabrics with self-extinguishing properties, high thermal stability, good spinnability and required mechanical properties and characterization of the nanocomposite materials will provide:
the important breakthrough in the field of the nanocomposite textile fibres;
effective production approach for new recyclable high performance bulk plastic and textile nanocomposite materials at lower loadings of the more sustainable FRs;
promising candidate for the privileged reusable high performance resource, representing the starting point and the opportunity for the establishment of the Circular Economy Strategy for PA6 plastic materials;
a support to the strategy for preservation of the limited petroleum resources and reduction of the global pollution of Earth’s landfills and the Oceans;
upgrade of the research within the Programs P2-0213 Textiles and ecology and P2-0393 Advanced materials for low-carbon and sustainable society.
The influence of the nanodispersed FRs and NCMs in the PA6 matrix on the chemical recyclability of the PA6 polymer is beyond the scope of this Postdoc project and represents a field of research that we plan to pursue in the future. Therefore, the successful realization of this Postdoc Project will essentially upgrade the properties of the chemically recyclable PA6 polymer and will provide the privileged reusable high performance resource.
Additionally, this breakthrough in the field of the nanocomposite textile fibres will provide the opportunity for the increase of the competitiveness of the Slovenian and European textile industry.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo
