Projekti / Programi
Z zeoliti modificirani vlaknotvorni polimeri; izdelava, karakterizacija in aplikacija
| 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 |
Vlaknotvorni polimeri; zeoliti; modifikacija površin; vključevanje v filament; optimizacija; absorpcija neprijetnih vonjav; zaščitna oblačila;
Raziskovalci (18)
Organizacije (4)
Povzetek
V predlaganem projektu bomo razvili različne postopke za modifikacijo različnih vlaknotvornih polimerov z izbranimi/sintetiziranimi zeoliti in tako posledično izdelali materiale z večfunkcionalnimi lastnostmi za specialne namene, ki omogočajo visoko stopnjo gospodarske rasti. Strokovnjaki iz sodelujočega podjetja Silkem (ki je priznan evropski proizvajalec surovin za pralna sredstva in kemično industrijo, industrijo ognjeodpornih materialov ter keramično in livarsko industrijo) bodo skupaj s projektnim konzorcijem na polindustrijskem reaktorju razvili sintezo za pripravo do 200 kg zeolita z ustrezno morfologijo za:
i) trajno površinsko modifikacijo vlaknotvornih polimerov (kovalentna vezava),
ii) vključevanje v polimerni filament, prednostno poliamid 6 sodelujočega podjetja Julon, ki je del skupine Aquafil (vodilen evropski proizvajalec filamentov za tekstilne talne obloge ter glavni dobavitelj filamentov za visokotehnološka športna oblačila, kopalke in spodnje perilo). Predenje v testnem in industrijskem merilu bo potekalo na sodobni predilni liniji za proizvodnjo delno orientirane preje.
Zeolite bomo okarakterizirali glede na njihovo morfologijo in strukturo, velikost delcev in obliko kristalov, delovanje kemijskih vezi, volumen por, itd. z uporabo različnih analitskih metod kot so SEM, TEM, XPS, SAXS/WAXS, XRD, XRF, meritvami Zeta potenciala in FTIR/Raman spektroskopijo. V drugem sklopu projekta bomo izbrali različne tekstilije iz sintetičnih in naravnih vlaken, jih natančno analizirali in predobdelali po različnih postopkih. S tem bomo aktivirali površino in tako povečali dostopnost in reaktivnost ter vplivali na fizikalno-kemijske, mehanske in sorpcijske lastnosti materialov in posledično na nanos in vezavo zeolitnih delcev. V nadaljevanju bomo razvili postopek trajnega nanosa zeolitov na tekstilni material tudi z dodajanjem različnih vezivnih sredstev, pri čemer bomo natančno raziskali mehanizem vezave z uporabo FTIR spektroskopije. Preučili bomo tudi primernost združevanja aplikacije zeolitov s standardnimi postopki plemenitenja. Raziskali bomo vpliv različnih procesnih parametrov na obstojnost nanosa po večkratnem pranju in kemijskem čiščenju. Izbrane postopke bomo optimizirali z uporabo osnovnih statističnih metod in izbranih tehnik večvariantnih analiz. Površinsko aktivnost in morfološke lastnosti vlaken bomo okarakterizirali z metodami kot so XPS, tenziometrija, SEM, TEM, polielektrolitska titracija ter z meritvami elektroforetične mobilnosti in stičnega kota. Zeolite bomo vključili tudi v polimerno matrico pri predenju, kjer bo potrebno preučiti interakcije med izbranimi zeoliti in polimerom ter izvesti reološke meritve (viskoznost, gostota, itd.) in oceniti notranje viskoelastične lastnosti polimerov z dodano različno koncentracijo zeolitov.
Končni cilj raziskave je sintetizirati zeolitne delce z želenim tipom kristalne strukture in povečano adsorpcijsko kapaciteto za trajno funkcionalno modifikacijo površin različnih vlaknotvornih polimerov in za vključevanje v poliamidno prejo pred predenjem. Razvili in optimizirali bomo industrijsko uporaben ter ekološko in ekonomsko sprejemljiv postopek aplikacije delcev. V nadaljevanju bomo preučili možnost uporabe na novo razvitih, z zeoliti modificiranih vlaknatih materialov za različne namene; poudarek bo predvsem na materialih s povečano sposobnostjo absorpcije neprijetnih vonjav (za notranjo opremo, preproge, športna oblačila, nogavice, itd.), materialih za zaščitna oblačila (tekstilije s povečano termično stabilnostjo in ognjevarnimi lastnostmi, za zaščito pred UV sevanjem, s povečano protimikrobno aktivnostjo in z antioksidativnimi lastnostmi) ter materialih za odstranjevanje onesnaževal v bioloških sistemih čiščenja odpadnih vod.
Pomen za razvoj znanosti
V predstavljeni raziskavi smo izvedli modifikacijo izbranih vlaknotvornih polimerov na različne načine: i) z dodajanjem sintetiziranih zeolitnih delcev v polimerno matrico pred predenjem ter ii) z različnimi metodami oplaščanja površin z zeolitnimi delci, s čimer smo v material uvedli nove funkcionalnosti; povečali smo sposobnost adsorpcije neprijetnih vonjav, termično stabilnost in ognjevarne lastnosti in zaščito pred UV sevanjem, vendar tako, da nismo vplivali na poslabšanje fizikalno-mehanskih lastnosti materiala kot so pretržna trdnost, elastičnost, zračna prepustnost, otip, itd. Rezultati raziskave po zastavljenem programu so tako prispevali k obogatitvi temeljnega znanja (korelacija med reaktivnostjo, strukturo in površinskimi lastnostmi), kakor tudi uporabnega znanja s tega področja (uvajanje novih stabilnih struktur in preskusnih metod ter razvoj novih tehnologij) in k hitrejšemu razvoju novih materialov z večfunkcionalnimi lastnostmi za različne namene uporabe (zaščitna oblačila, adsorpcija neprijetnih vonjav, odstranjevanje različnih organskih molekul in onesnaževal, itd.). S kombinacijo številnih sodobnih analiznih metod in eksperimentalnih tehnik (XPS, XRF, SEM, TEM, tenziometrija, FTIR/Raman, polielektrolitska titracija, meritve elektroforetične mobilnosti in stičnega kota) bolje razumemo ter razlagamo dogajanja pri površinski modifikaciji vlaknotvornih polimerov, kakor tudi lastnosti polimerov z vključenimi zeolitnimi delci. Pridobljena znanja smo zbrali v podatkovni bazi, ki tako vsebuje uporabne informacije o optimalnih tehnoloških rešitvah trajne funkcionalizacije različnih vlaknotvornih polimerov, ki smo jo izvedli z zeoliti. Rezultate tega projekta smo objavili v dveh izvirnih znanstvenih člankih, od tega enega v mednarodni reviji, ki jo indeksira SCI Expanded in SSCI (glede na faktor vpliva) in enega v slovenski reviji Tekstilec, ki pokriva področje tekstilne industrije, kamor se uspešno realiziran projekt tudi uvršča. Rezultati so bili predstavljeni tudi v sedmih prispevkih na mednarodnih konferencah, kar predstavlja pomemben izvirni znanstveni doprinos tako na slovenskem kot mednarodnem raziskovalnem področju. Na tak način smo predstavili rezultate širši raziskovalni srenji ter izmenjali izkušnje in ideje s tujimi strokovnjaki na področju funkcionalizacije različnih vlaknotvornih polimernih materialov, ter dolgoročno povečali možnost vključevanja v različne bilateralne projekte in raziskovalne projekte EU.
Pomen za razvoj Slovenije
Za trajnostni družbeno-ekonomski razvoj Slovenije je nujno potrebna ohranitev dela visoko tehnološke in inovativne tekstilne industrije. Za dosego tega cilja je potrebno poglobljeno sodelovanje različnih raziskovalnih skupin z univerz, inštitutov in industrije, od katerih se je vsaka že izkazala z bogato ekspertizo na svojem področju. Le tako lahko pričakujemo potencialno mreženje industrijskih partnerjev, kar bo olajšalo slovenski industriji preboj na globalna tržišča. Praktično predstavlja raziskava korak v smeri sinteze novih produktov sodelujočega podjetja Silkem za specialna področja uporabe ter s tem povečanje tržnega deleža v segmentu visoko cenovno in tehnološko zahtevnih izdelkov v Sloveniji in na mednarodnem tržišču, kar je v skladu s strateško usmeritvijo družbe (zavezanost k nenehnemu razvoju in izboljšavam ter stalno dvigovanje kakovosti). Korelacija med tekstilno in polimerno kemijo ter fizikalno-kemijskimi znanji oz. pristopi je omogočila tudi razvoj novih poliamidnih filamentov v sodelujočem podjetju Julon, kar je njihov odgovor na najnovejše modne trende in povpraševanje po visokotehnoloških oblačilih in oblačilih za šport. Vizija podjetja Aquafil Group (katerega del je Julon) je postati vodilni globalni proizvajalec sintetičnih vlaken, predvsem poliamida 6 in ključni igralec pri trajnostnem razvoju inovativnih rešitev v segmentu športnih oblačil, kopalk in spodnjega perila z naložbami v rast in odličnost. To pomeni ohranjanje in pridobivanje novih kupcev in posledično povečanje gospodarskega poslovanja obeh podjetij. Tehnologija, ki je bila razvita v okviru projekta bi se kot taka lahko aplicirala tudi na druga industrijska področja v Sloveniji, kot so papirna industrija, kemijska industrija in farmacija. Prenos znanja, ki smo ga pridobili v sklopu projekta, je potekal na različnih nivojih (promocija, informiranje, sodelovanje, povečanje zavedanja) in je bil namenjen različnim skupinam: znanstveni skupnosti, potencialnim industrijskim uporabnikom, zainteresiranim porabnikom, itd.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2015,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2014,
2015,
zaključno poročilo
