M4 – BIOPOLIMERY Podział tematyczny

1. M4 – BIOPOLIMERY Podział tematyczny Jednostki uczestniczące: Akademia Górniczo-Hutnicza – Kraków Centrum Badań Molekularnych i Makromolekularnych - Łódź Centrum Chemii Polimerów – Zabrze Instytut Chemii Przemysłowej - Warszawa Instytut Włókien Naturalnych – Poznań Politechnika Krakowska – Kraków Politechnika Szczecińska - Szczecin Politechnika Wrocławska - Wrocław

2. Biopolimery to polimery występujące naturalnie w organizmach żywych, które są przez nie produkowane wg Wikipedia

3. Biopolimery podział I – rodzaj • polimery naturalne - polisacharydy - takie jak celuloza, skrobia, pektyna, chityna, glikogen itp. - polinukleotydy - DNA i RNA - polipeptydy - czyli białka (W tym białka enzymatyczne) - inne - np. lignina, inulina, kauczuknaturalny,melaniny

4. Biopolimery podział II - pochodzenie • rośliny (słoma, drewno, oleje palmowe, drzewo kauczukowe, bambus, len, kukurydza itd.) • bakterie • zwierzęta (skorupiaki)

5. podział III - forma Biopolimery • włókna naturalne (np. celuloza) • pianki i kompozyty biopolimerowe • agrotworzywa, żywice otrzymywane z tzw. "nowego węgla” (zbóż, traw i odpadów rolniczych) - biomasa i biokompozyty bazujące na słomie • biopaliwa • biokompozyty polimerowe (termoutwardzalne, termoplastyczne) • bionanokompozyty • powłoki biopolimerowe • bioelastomery • żele • białka (przemysł spożywczy, farmaceutyczny, kosmetyczny) • ekopolimery • polimery biodegradowalne (np. polihydroksykwasy (medycyna)) • kauczuk naturalny • …???...

6. Biopolimery podział IV - zastosowanie Przemysł: • spożywczy • farmaceutyczny • medyczny • kosmetyczny, chemii gospodarczej • włókienniczy • budowlany i meblarski • motoryzacyjny, lotniczy • opakowań • sportowy • artykuły dziecięce (np. zabawki, wyposażenie placów zabaw, kleje, kredki) • paliwowo-energetyczny

9. Szczegóły • Włókna naturalne (IWN): • Skład chemiczny włókien naturalnych (celuloza, hemicelulozy, lignina itd.) • Charakterystyka włókien otrzymywanych z różnych roślin, liści, nasion, owoców • Pozyskiwanie materiału roślinnego; procesy przetwórcze; modyfikacja chemiczna celulozy; odnawialne źródła celulozy – prognozy; • Technologie produkcji włókien naturalnych; obróbka końcowa • Porównanie włókien naturalnych i sztucznych • Wykorzystanie włókien naturalnych w różnych gałęziach przemysłu i w życiu codziennym - prognozy

10. Szczegóły c.d. • Polisacharydy (IWN): • Skrobia i aquażele; kleje skrobiowe; modyfikacja chemiczna skrobii w zależności od zastosowań • Celuloza – wykorzystanie inne niż włókna (np. produkcja papieru, przemysł budowlany i meblarski); MCC w przemyśle farmaceutycznym (wypełniacz tabletek) i spożywczym (zagęstnik); pozyskiwanie i technologia przetwórstwa; przerób i wykorzystanie odpadów papierowych • Chityna, chitozan • Alginiany, ksantoniany, hialuroniany itp. • Egzopolimery – żele termoodporne • Lignina (IWN): • Wszystkie rodzaje lignin w zależności od technologii produkcji (hydolizowana, siarczanowa, ligninosulfoniany itp.) • Otrzymywanie ligniny z roślin modyfikowanych genetycznie – metoda na modyfikację właściwości ligniny • Wykorzystanie lignin

11. Szczegóły c.d. • Polimery biodegradowalne (CChP): • Celuloza modyfikowana chemicznie • Poli(kwas mlekowy) i jego kompozyty jako materiał biodegradowalny • Polilaktyd • Skrobia i jej blendy z innymi biopolimerami • Poliestry jako materiały biodegradowalne • Produkcja opakowań; procesy przetwórcze; odnawialne źródła biopolimerów; prognozy • Bakterie, grzyby i enzymy w procesach biodegradacji • Poli(kwas mlekowy) PLA (CChP): • Technologie otrzymywania kwasu mlekowego, laktydu i polimerów • Wykorzystanie biomasy do produkcji kwasu mlekowego • Technologie syntezy i przetwórstwa PLA • L,D-PLA i kopolimery

12. Szczegóły c.d. • Poliestry (PSz): • Poli(-hydroksykwasy) np. poli(hydroksymaślan-co-hydroksywalerianian) PHBV, polihydroksymaślan PHB; • Poli(-hydroksykwasy) np. PLA, poli(kwas glikolowy) PGA • Polihydroksyalkaniany (vel polihydroksyalkanoaty) PHA np. poli(-kaprolakton) PCL • Poli(dikarboksylany alkilenowe) i ich kopolimery np. Poli(sukcynian butylenu) PBS, poli(sukcynian butylenu-co-adypinian butylenu) PBSA • Poliestry alifatyczno-aromatyczne • Otrzymywanie poliestrów w procesie fermentacji bakteryjnej cukrów i kwasów tłuszczowych • Otrzymywanie PHB z masy lignocelulozowej • Zastosowania biopoliestrów – aktualne i prognozy • Włókna produkowane w oparciu o 1,3-propanodiol pozyskiwany z surowców odnawialnych • Politioestry (poliestry zawierające w łańcuchu głównym atomy siarki zamiast tlenu) – bardzo skuteczne działanie antybakteryjne – zastosowanie w implantach

13. Szczegóły c.d. • Poliole (PK): • Wyodrębnianie z olejów roślinnych, węglowodanów, drewna, ligniny, drzew nerkowca i korkowca • Modyfikacja chemiczna oleju sojowego, rzepakowego oraz palmowego technologie modyfikacji • Wykorzystanie jako substraty do otrzymywania poliuretanów • Poliuretany (biobased) (PK): • Synteza na bazie surowców naturalnych: z polioli (z olejów roślinnych itp.) i diizocyjanianów (pozyskiwanych z przerobu ropy naftowej) • Porównanie właściwości z tradycyjnymi poliuretanami (czyli otrzymywanymi tylko w oparciu o ropę naftową); poliuretany rozgałęzione i usieciowane; poliuretany sztywne, elastyczne i pianki PUR • Zastosowania biobased poliuretanów

14. Szczegóły c.d. • Biopaliwa (AGH): • surowce do produkcji biopaliw • skład chemiczny biopaliw – biopolimery (porównanie wartości energetycznych) • Prognozy rozwoju przemysłu biopaliw • Upłynnianie węgla (AGH): • Mikrobiologiczna modyfikacja węgla kamiennego i brunatnego z wykorzystaniem bakterii i grzybów; wykorzystanie produktów w syntezach biotechnologicznych i chemicznych; odzyskiwanie terenów pokopalnianych; • Enzymatyczna modyfikacja węgla (depolimeryzacja); kwasy humusowe (huminowe) • Biologiczne odsiarczanie węgla • Biotechnologiczna konwersja węgla do produktów ciekłych (otrzymywanie PAH)

15. Szczegóły c.d. • Nanobiokompozyty (AGH): • Nanokompozyty celulozy (celuloza microfibrylarna MFC i celuloza mikrokrystaliczna (MCC)); otrzymywane zarówno z roślin jak i celuloza bakteryjna – wyodrębnianie i dyspergowanie w matrycy polimerowej; • Lateksy mikrocelulozy z klasycznymi polimerami • Wyzwania technologiczne w otrzymywaniu nanokompozytów celulozowych; • Porównanie właściwości nanocelulozy z klasyczną • Mikrokompozyty lignocelulozowe. • Pianki mikrokomórkowe • Wykorzystanie białek i DNA w mikroelektronice i mikromechanice • Wykorzystanie DNA w projektowaniu nanoprzewodników • Nanocząstki metali szlachetnych (Au, Ag) funkcjonalizowane DNA – produkcja sensorów • Bionanocząstki (chitozan, poli-L-lizyna, PLA itp.) wykorzystywane do transportu leków w organiznie • Dodatek bionanocząstek w implantach poprawia biozgodność

16. Szczegóły c.d. • Białka i kompleksy białkowe (CBMiM): • Wykorzystanie białek i enzymów w biotechnologii • Kwas poli--glutanowy • Jedwab • Spider silk z roślin trangenicznych • Białka włókniste produkowane przez mikroorganizmy • Wykorzystanie protein i DNA w mikroelektronice i mikromechanice • Bioemulsany (białka i polisacharydy produkowane przez mikroorganizmy, wykorzystywane w przemyśle petrochemicznym) • Wykorzystanie protein w przemyśle spożywczym i kosmetycznym • Melanina (pigment) wyodrębnianie z tkanek, synteza chemiczna, zastosowanie w rolnictwie

17. Szczegóły c.d. • Polifosforany (IChP): • Nawozy, detergenty, kosmetyki, leki • Zastosowanie oczyszczalniach ścieków • Zastosowanie w biotechnologii (regeneracja ATP in vitro) • Kauczuk naturalny (IChP): • produkcja kauczuku naturalnego, zasoby, prognozy, porównanie z gumą syntetyczną

18. Szczegóły c.d. • Biokompozyty (PK): stosowane główniejako kompozyty strukturalne (lekkie materiały konstrukcyjne) (zastosowania medyczne – W2). • Kompozyty celulozowe (włókna celulozowe z estrami celulozy) • Blendy ligniny z polimerami syntetycznymi (np. poliolefinami, poliestrami, PVA, PEO itp.) • Biokompozyty PLA (w tym PLLA poli(L-kwas mlekowy)) • Kompozyty polilaktydowe • Kompozyty poliuretanowe z włóknami naturalnymi • Żywice oparte na oleju sojowym: akryloepoksydowany olej sojowy (AESO) wzmacniany włóknami naturalnymi • Biokompozyty termoplastyczne i termoutwardzalne • Pianki poliizocyjanuranianowe • Pianki skrobiowe • PHBV napełniony skrobią • Lekkie betony ( z aquażeli) • Poliestry naturalne modyfikowane włóknami naturalnymi • Technologie otrzymywanie i przetwórstwo biokompozytów (VARTM, SCRIMP) • Wykorzystanie biomasy (np.odpadów rolniczych) do otrzymywania biokompozytów

19. Szczegóły c.d. Bioaktywne polimery funkcjonalne (PWr)